EP1633237A1 - Optikeinheit für seitenblick-duodenoskope - Google Patents

Optikeinheit für seitenblick-duodenoskope

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EP1633237A1
EP1633237A1 EP04738724A EP04738724A EP1633237A1 EP 1633237 A1 EP1633237 A1 EP 1633237A1 EP 04738724 A EP04738724 A EP 04738724A EP 04738724 A EP04738724 A EP 04738724A EP 1633237 A1 EP1633237 A1 EP 1633237A1
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EP
European Patent Office
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optical unit
optical
head
optical system
ccd chip
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04738724A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Viktor Josef Wimmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karl Storz SE and Co KG
Original Assignee
Karl Storz SE and Co KG
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Publication date
Application filed by Karl Storz SE and Co KG filed Critical Karl Storz SE and Co KG
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    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
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    • A61B1/051—Details of CCD assembly
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00163—Optical arrangements
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    • A61B1/00177—Optical arrangements characterised by the viewing angles for 90 degrees side-viewing
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    • A61B1/053—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by the image sensor, e.g. camera, being in the distal end portion being detachable
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407—Optical details
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    • G—PHYSICS
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    • G02B23/2407—Optical details
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    • G02B23/2469—Illumination using optical fibres
    • G—PHYSICS
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    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2476—Non-optical details, e.g. housings, mountings, supports
    • G02B23/2484—Arrangements in relation to a camera or imaging device

Definitions

  • the present invention relates to an optical unit for flexible video side view duodenoscopes according to the preamble of claim 1.
  • Nideo duodenoscopes are used in medical technology, where examinations or medical interventions are to be carried out inside the human body, particularly in the duodeno-papilla bile duct.
  • the duodenoscopes are characterized, among other things, by the fact that optical images are transmitted from the inside of the body to the outside. Light is directed to the distal head end of the duodenoscope in order to close the areas to be examined. illuminate. Particularly in the case of duodenoscopes, an area to the side of the head is preferably illuminated or processed (side-view duodenoscope). The light reflected from these areas hits the side of the head, is from an optical
  • This chip converts the light signals into electrical signals, which can be picked up and evaluated via a suitable connection at the proximal ends.
  • Duodenoscopes are known from practice in which those reflected from the object
  • the object of the invention is therefore to offer an optical unit which, with a smaller size, enables better image reproduction, is easier to clean and is less susceptible to contamination.
  • the object is achieved by an optical unit according to claim 1.
  • the invention is based on the knowledge that a shortening of the head length (in the longitudinal direction of the duodenoscope) is particularly advantageously possible if the CCD chip is arranged directly under the optical system, so that the im
  • the chip is therefore not angled by a measure from the axial direction of the optical system, as was previously customary in the prior art, by a prism or the like.
  • a deflection device is now superfluous.
  • the optical system and the CCD chip form the essential components of the optical unit.
  • the light signals that laterally enter the head and thus the optical system from the illuminated object are processed in it, for example by being passed through a lens package.
  • the optical system is arranged essentially along an axial direction Z, so that the processed light signals also leave the optical system again along the axial direction Z.
  • deflection losses are avoided, so that advantageously a better one Image quality can be achieved.
  • the illuminated object, optical system and CCD chip are essentially on a straight line.
  • the head of the duodenoscope on the one hand, is smaller overall due to the lack of a deflection device, and furthermore by the
  • the CCD chip is no longer between the proximal end and the optical system, but rather at the same height as the optical system, so that the head is shorter by the length saved can be.
  • the optical system is equipped with suitable lenses so that the captured light signals strike the CCD chip or its light-sensitive surface in a bundled or scattered manner.
  • the image quality can be considerably improved by a suitable choice of the lens system without deflection losses or refraction effects due to the deflection device impairing this result.
  • the optical unit is in one piece
  • the optical unit can be formed particularly advantageously by gluing, screwing, latching or welding the components, in particular the optical system and CCD chip. Instead of these components directly, carrier elements can also be connected to one another, which in turn carry the components.
  • the above-mentioned types of fastening result in particularly easy assembly
  • the optical unit can be sealed against moisture in particular before the assembly, especially outside the head, which can be achieved by means of suitable adhesives, sealing elements and the like. In this way, the penetration of moisture into the optical unit, which is first assembled in the head, for example between the optical system and the CCD chip, can be avoided.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the optical unit can be inserted or removed into a largely complementary opening in the head (2). Placing the unit as a whole in the head simplifies it
  • the entire unit can be inserted into the head in an axial plug-in movement, preferably in the Z direction. There it can be welded or glued to the head. Subsequent removal or replacement is also advantageously possible in a simple manner, since the angular construction of the optical unit required in the deflection device according to the prior art is omitted here.
  • Different construction angles between the main longitudinal axis of the duodenoscope and the direction Z can also be realized particularly advantageously.
  • only a different deflection angle of the prism could compensate for a changed arrangement of the optical system while maintaining the CCD chip arrangement in the head.
  • the overall optical unit must therefore be changed. If you want to leave the CCD chip, deflection device and optical system unchanged in relation to each other, the head must be fundamentally redesigned, which is even less an option.
  • the optical unit according to the present invention also allows different angles of incidence in a much simpler manner. Only the, for example, cylindrical recess in the head of the duodenoscope, in which the optical unit is inserted, must be provided differently in its position. In the new location and therefore at a new angle to
  • the entire optical unit can be used along the main longitudinal axis of the duodenoscope.
  • another area outside the head can be captured as an image.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the optical unit can be inserted, welded, locked or screwed into the opening of the head (2).
  • a suitable process can advantageously be used here, with which in particular the tightness of the head against substances penetrating into the interior of the head is to be ensured.
  • the area between the optical unit and the opening receiving it can be closed with sealant.
  • the optical unit or its components can in particular consist of metal, glass, plastic or other materials suitable for medical technology.
  • FIG. 1 shows in particular the head 2 of a duodenoscope 1.
  • the exemplary duodenoscope head has a water channel 9 at its distal end.
  • a light guide 6 is provided which enables the exit of illuminating light on the side of the duodenoscope head 2.
  • a suction channel 4 is also indicated.
  • the object illuminated by the light guide 6 reflects light signals L.
  • the light signals L strike the optical system 3, which is formed essentially axially along a direction Z.
  • the optical system has lenses and other optical elements which are suitable for bundling or filtering the light signals.
  • a CCD chip 5 is arranged in the Z direction.
  • the CCD chip 5 has a surface 7 on which the processed light signals L strike.
  • the surface 7 is arranged essentially perpendicular to the axial direction Z, so that the light signals which come into the optical system 3 from the object at the top or exit from the top hit the CCD chip essentially perpendicularly.
  • the signals converted in the CCD chip are then fed to the proximal end of the duodenos head (to the left in FIG. 1).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Optikeinheit für Doudenoskope, bei denen das von einem beleuchteten Objekt entlang einer Richtung Z reflektierte Licht in dieser Richtung durch ein optisches System hindurch im wesentlichen senkrecht auf einen CCD-Chip geleitet wird, wodurch die Optikeinheit gegenüber dem Stand der Technik konstruktiv einfacher, kleiner und unanfälliger gegen Undichtigkeit gebaut werden kann.

Description

Optikeinheit für Seitenblick-Duodenoskope
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Optikeinheit für flexible Video-Seitenblick- Duodenoskope nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Nideo-Duodenoskope finden in der Medizintechnik ihren Einsatzort, wo im Inneren des menschlichen Körpers, und zwar insbesondere im Duodeno-Papilla-Gallenkanal, Untersuchungen oder medizinische Eingriffe vorgenommen werden sollen.
Die Duodenoskope zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass optische Aufnahmen aus dem Inneren des Körpers nach außen übertragen werden. Dabei wird Licht bis an das distale Kopfende des Duodenoskops geleitet, um die zu untersuchenden Bereiche zu . beleuchten. Insbesondere bei Duodenoskopen wird dabei vorzugsweise ein Bereich seitlich des Kopfes beleuchtet oder bearbeitet (Seitenblick-Duodenoskop). Das von diesen Bereichen reflektierte Licht trifft seitlich in den Kopf, wird von einem optischen
System aufbereitet und noch im Kopf einem sogenannten CCD-Chip zugeleitet. Dieser Chip wandelt die Lichtsignale in elektrische Signale um, welche über eine geeignete Verbindung am proximalen Enden abgenommen und ausgewertet werden können.
Aus der Praxis sind Duodenoskope bekannt, bei denen die vom Objekt reflektierten
Lichtstrahlen durch das optische System hindurchgelangen, um sodann an einer Umlenkeinrichtung, insbesondere einem Prisma, umgelenkt zu werden, um dann - ggfls. unter weiterer optischer Aufbereitung, auf die Oberfläche des CCD-Chips aufzutreffen. Der Nachteil solcher Anordnungen besteht zum Einen darin, dass die bekannten Um- lenkeinrichtungen einen erhöhten konstruktiven Aufwand bedeuten. Weiterhin nehmen sie im Kopf des Duodenoskops einen gewissen Raum ein, der einer Minimierung der Kopfgröße im Wege steht. Auch ist eine solche Umlenkeinrichtung mit Verlusten behaftet, die sich auf die Wiedergabe und Auswertung der Lichtsignale negativ auswirken. Wesentliches Problem solcher Duodenoskope ist darüber hinaus die Hygiene. Die für die operativen Eingriffe erforderliche Reinigung der Komponenten des Duodenoskops birgt die Gefahr, die Komponenten selber zu beschädigen, wobei insbesondere auch das Eindringen von Feuchtigkeit in den Kopf oder bspw. in die optischen Komponenten zählt. So sind die optischen Einheiten schwer abzudichten.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Optikeinheit anzubieten, welche bei kleinerer Baugröße eine bessere Bildwiedergabe ermöglicht, leichter zu reinigen und unanfälliger für Verschmutzungen ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Optikeinheit nach Anspruch 1.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine Verkürzung der Kopflänge (in Längsrichtung des Duodenoskops) insbesondere dann vorteilhaft möglich ist, wenn der CCD-Chip unmittelbar unter dem optischen System angeordnet wird, so dass die im
Wesentlichen entlang einer axialen Richtung Z in die Optikeinheit einfallenden und aufbereiteten Lichtsignale unmittelbar und vorzugsweise lotrecht zur Richtung Z auf die Oberfläche des CCD-Chips auftreffen. Der Chip wird dabei also nicht wie im Stand der Technik bisher üblich durch ein Prisma oder dergleichen um ein Maß von der axialen Richtung des optischen Systems abgewinkelt angeordnet. Eine Umlenkeinrichtung ist jetzt überflüssig. Das optische System und der CCD-Chip bilden dabei die wesentlichen Bestandteile der Optikeinheit.
Die Lichtsignale, die von dem beleuchteten Objekt seitlich in den Kopf und damit in das optische System eintreten, werden also in diesem aufbereitet, beispielsweise indem sie durch ein Linsenpaket hindurchgeleitet werden. Das optische System ist im Wesentlichen entlang einer axialen Richtung Z angeordnet, so dass die aufbereiteten Lichtsignale das optische System auch entlang der axialen Richtung Z wieder verlassen. Unter Verzicht auf eine Umlenkeinrichtung und unter Anordnung des CCD-Chips unmittelbar in dieser Richtung Z werden Umlenkverluste vermieden, so dass vorteilhaft eine bessere Bildqualität zu erreichen ist. Insbesondere liegen beleuchtetes Objekt, optisches System und CCD-Chip also im wesentlichen auf einer Geraden.
Als weiterer Vorteil ergibt sich außerdem, dass der Kopf des Duodenoskops einerseits schon mangels Umlenkeinrichtung insgesamt kleiner baut, und weiterhin durch die
Umordnung des CCD-Chips in die axiale Richtung Z eine Minimierung insbesondere der Längsausdehnung des Duodenoskopkopfes möglich wird. In einer Betrachtung in Längsrichtung des Duodenoskops vom proximalen zum distalen Ende liegt der CCD- Chip nunmehr nicht mehr zwischen dem proximalen Ende und dem optischen System, sondern quasi auf gleicher Höhe mit dem optischen System, so dass der Kopf um die dadurch eingesparte Länge kürzer gebaut werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das optische System mit geeigneten Linsen ausgestattet, so dass die eingefangenen Lichtsignale gebündelt oder gestreut auf den CCD-Chip bzw. seine lichtempfindliche Oberfläche auftreffen. Durch geeignete Wahl des Linsensystems lässt sich die Bildqualität erheblich verbessern, ohne dass Umlenkverluste oder Brechungseffekte durch die Umlenkeimichtung dieses Ergebnis verschlechtern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform stellt die Optikeinheit eine einteilige
Einheit dar, die insbesondere das optische System und den CCD-Chip aufweist. Unter "einteilig" ist hierbei insbesondere zu verstehen, dass das optische System und der CCD-Chip ortsfest zueinander in einer als solche zunächst beweglichen Optikeinheit angeordnet sind. Denkbar ist insbesondere eine im wesentlichen zylindrische Konstruk- tion. Der Vorteil liegt in der modulartigen Anwendbarkeit. CCD-Chip und optisches
System können - bspw. unter besonderen Reinheitsbedingungen - zunächst zueinander ausgerichtet und fixiert werden, bevor sie gemeinsam in den Kopf des Duodenoskops eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft kann die Optikeinheit dabei durch Verkleben, Verschrauben, Verrasten oder Verschweißen der Komponenten, insbesondere von optischem System und CCD-Chip gebildet werden. Dabei können statt unmittelbar dieser Komponenten auch Trägerelemente miteinander verbunden werden, die ihrerseits die Komponenten tragen. Durch die genannten Befestigungsarten ergibt sich einerseits eine besonders leichte Montage, andererseits kann die Optikeinheit vor der Montage insbesondere noch außerhalb des Kopfes in sich gegen Feuchte abgedichtet werden, was mittels geeigneter Kleber, Dichtelemente und dergleichen bewirkt werden kann. So kann das Eindringen von Feuchtigkeit in die nach dem Stand der Technik bspw. erst im Kopf zusammenge- setzte Optikeinheit, etwa zwischen optisches System und CCD-Chip, vermieden werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausfülτrungsform der Erfindung sieht vor, die Optikeinheit in eine weitgehend komplementäre Öffnung des Kopfes (2) einsetzbar bzw. enmehmbar zu gestalten. Durch Einsetzen der Einheit als Ganzes in den Kopf vereinfacht sich dessen
Montage, da insbesondere auch auf die nach dem Stand der Technik übliche Umlenkvorrichtung verzichtet wird. Die gesamte Einheit lässt sich in einer vorzugsweise in Z- Richtung verlaufenen axialen Steckbewegung in den Kopf einsetzen. Dort kann sie mit dem Kopf verschweißt oder verklebt werden. Auch ein nachträgliches Entfernen bzw. Austauschen ist vorteilhaft einfach möglich, da die bei der Umlenkvorrichtung nach dem Stand der Technik notwendige winklige Konstruktion der Optikeinheit hier entfällt.
Besonders vorteilhaft lassen sich auch verschiedene Bauwinkel zwischen der Hauptlängsachse des Duodenoskops und der Richtung Z realisieren. Nach dem Stand der Technik könnte dort unter Beibehaltung der CCD-Chip-Anordnung im Kopf nur ein anderer Umlenkwinkel des Prismas eine geänderte Anordnung des optischen System ausgleichen. Die Optikeinheit insgesamt muss also verändert werden. Will man CCD- Chip, Umlenkvorrichtung und optisches System unverändert zueinander bestehen lassen, so muss der Kopf grundlegend umkonstraiert werden, was noch weniger in Frage kommt. Viel einfacher erlaubt die Optikeinheit nach der vorliegenden Erfindung auch verschiedene Einfallwinkel. Lediglich die bspw. zylinderförmige Ausnehmung im Kopf des Duodenoskops, in welche die Optikeinheit eingesetzt wird, muss in ihrer Lage anders vorgesehen werden. In der neuen Lage und damit unter einem neuen Winkel zur
Hauptlängsachse des Duodenoskops lässt sich die gesamte Optikeinheit einsetzen. So kann bspw. ein andere Bereich außerhalb des Kopfes als Bild erfasst werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Optikein- heit in die Öffnung des Kopfes (2) klebbar, schweißbar, rastbar oder schraubbar einsetzbar ist. Hier kann je nach Material der Optikeinheit bzw. ihrer Komponenten vorteilhaft ein geeignetes Verfaliren verwendet werden, mit dem insbesondere die Dichtheit des Kopfes gegen in das Kopfinnere dringende Substanzen sichergestellt werden soll. Bspw. der Bereich zwischen der Optikeinheit und der sie aufnehmenden Öffnung kann dabei mit Dichtmittel verschlossen werden.
Die Optikeinheit oder deren Komponenten können insbesondere aus Metall, Glas, Kunststoff oder anderen medizintechnisch geeigneten Materialien bestehen.
Weitere vorteilhafte Ausfünrungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine Ausfül rungsform der Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Figurenbeispiels erläutert. Die einzige Figur 1 zeigt dabei eine schematische Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Duodenoskopkopf.
Figur 1 zeigt insbesondere den Kopf 2 eines Duodenoskops 1. Der beispielhafte Duodenoskopkopf weist an seinem distalen Ende einen Wasserkanal 9 auf. Weiterhin ist ein Lichtleiter 6 vorgesehen, der den Austritt von Beleuchtungslicht seitlich am Duodenoskopkopf 2 ermöglicht. Auch ein Absaugkanal 4 ist angedeutet. Das durch den Lichtleiter 6 beleuchtete Objekt reflektiert Lichtsignale L. Die Lichtsignale L treffen in das optische System 3, welches im Wesentlichen axial entlang einer Richtung Z ausgebildet ist. Das optischen System weist Linsen und weitere optische Elemente auf, die zur Bündelung oder Filterung der Lichtsignale geeignet sind.
In der Richtung Z ist ein CCD-Chip 5 angeordnet. Der CCD-Chip 5 weist eine Oberfläche 7 auf, auf welcher die aufbereiteten Lichtsignale L auftreffen. Die Oberfläche 7 ist im Wesentlichen lotrecht zur axialen Richtung Z angeordnet, so dass die Lichtsignale, die vom Objekt kommend oben in das optische System 3 hinein- bzw. unten aus diesem hinaustreten, im wesentlichen senkrecht auf dem CCD-Chip auftreffen.
Die im CCD-Chip umgewandelten Signale werden dann dem proximalen Ende des Duodenoskopfs (in der Figur 1 nach links weg) zugeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Optikeinheit für den distalen Kopf (2) von Seitenblick-Duodenoskopen (1), mit
a) einem optischen System (3) zur optischen Aufbereitung von Lichtsignalen (L), wobei die Lichtsignale (L) al) von außerhalb des Kopfes (2) in einer axialen Richtung (Z) in das optische System (3) eintreten und a2) das optische System (3) im wesentlichen in dieser Richtung (Z) durchlaufen, und mit b) einem dem optischen System (3) benachbarten CCD-Chip (5) zur Umwandlung der auf einer Oberfläche (7) des CCD-Chips (5) auftref- fenden Lichtsignale (L),
dadurch gekennzeichnet, dass
c) die Richtung (Z) die Oberfläche (7) im wesentlichen lotrecht durch- stößt.
2. Optikeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (3) ein Linsensystem ist.
3. Optikeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (3) und der CCD-Chip (5) zu einer einteiligen Einheit zusammengesetzt sind.
4. Optikeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit durch Verkleben, Verschrauben, Verrasten oder Verschweißen der Komponenten der Optikeinheit gebildet wird.
5. Optikeinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinheit in eine Öffnung des Kopfes (2) einsetzbar und/oder entnehmbar ist.
6. Optikeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinheit in die Öffnung des Kopfes (2) klebbar, schweißbar, rastbar oder schraubbar einsetzbar ist.
7. Optikeinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsignale (L) in der Optikeinheit nicht von einer Umlenkeinrichtung, insbe- sondere von einem Prisma, umgelenkt werden.
EP04738724A 2003-06-18 2004-06-18 Optikeinheit für seitenblick-duodenoskope Withdrawn EP1633237A1 (de)

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