EP4329579A1 - Medizinische bildgebungsvorrichtung, insbesondere stereo-endoskop oder stereo-exoskop - Google Patents

Medizinische bildgebungsvorrichtung, insbesondere stereo-endoskop oder stereo-exoskop

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EP4329579A1
EP4329579A1 EP22725232.7A EP22725232A EP4329579A1 EP 4329579 A1 EP4329579 A1 EP 4329579A1 EP 22725232 A EP22725232 A EP 22725232A EP 4329579 A1 EP4329579 A1 EP 4329579A1
Authority
EP
European Patent Office
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image
filter
light
spectrum
image information
Prior art date
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Pending
Application number
EP22725232.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lukas Buschle
Werner Göbel
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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Filing date
Publication date
Application filed by Karl Storz SE and Co KG filed Critical Karl Storz SE and Co KG
Publication of EP4329579A1 publication Critical patent/EP4329579A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • A61B1/00163—Optical arrangements
    • A61B1/00193—Optical arrangements adapted for stereoscopic vision
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0075—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
    • G—PHYSICS
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    • 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
    • G02B23/2415—Stereoscopic endoscopes

Definitions

  • Medical imaging device in particular stereo endoscope or stereo exoscope
  • the invention relates to a medical imaging device, in particular a stereo endoscope or a stereo exoscope, having a first light source with a first light spectrum and a light source with a second light spectrum, a first optical path with a first optic and a first image sensor with a first sensor filter and a second optical path with second optics and a second image sensor with a second sensor filter, wherein the respective optical path extends between a viewing area and the respective image sensor and the first optical path and the second optical path are spatially offset from one another are arranged such that the first image sensor uses the first optical path to capture a first image and the second image sensor uses the second optical path to capture a second image of the viewing area, and the first image and the second image to form dual image information in a superimposed image associated be dnet, the respective light source being set up to illuminate the viewing area with the respective light spectrum, so that physiological parameters of the viewing area can be determined as a function of the respective light spectrum.
  • endoscopes with two imaging paths for example stereo endoscopes or stereo exoscopes
  • medical imaging devices which can record a spatial image of a viewing area based on stereoscopic viewing with a first optical path and a second path .
  • endoscopes or endoscope systems which can record and display physiological parameters of a viewing area by means of special illumination in certain light spectra and corresponding evaluation by means of one or more image sensors.
  • multispectral endoscopes are known, by means of which, by illuminating the observation area with defined light spectra and correspondingly evaluating the correspondingly reflected light spectra, it is possible to draw conclusions about, for example, oxygen saturation or else a fat content, a hemoglobin content or another parameter within the observation area .
  • the oxygen content of the treated tissue can be determined and monitored directly with such a multispectral imaging endoscope.
  • the object of the invention is to improve the prior art.
  • a medical imaging device in particular a stereo endoscope or a stereo exoscope, with a first light source with a first light spectrum and a second light source with a second light spectrum, a first optical path and first optics and a first image sensor with a first sensor filter and a second optical path with second optics and a second image sensor with a second sensor filter, the respective optical path extending between a viewing area and the respective image sensor and the first optical path and the second optical path spatially are offset from one another, so that the first image sensor uses the first optical path to capture a first image and the second image sensor uses the second optical path to capture a second image of the observation area and the first image and the second image to form dual image information in a superimposed image e are assigned to one another, with the respective light source being set up to illuminate the viewing area with the respective light spectrum, so that physiological parameters of the viewing area can be determined as a function of the respective light spectrum, the first optical path having a first filter with a first filter spectrum and /
  • a medical imaging device designed in this way combines both a dual-image endoscope or a stereoscopic endoscope or a stereoscopic exoscope or another dual or stereoscopic medical imaging device with the ability to evaluate the viewing area with few components and a simple structure on physiological parameters depending on the respective light spectrum.
  • a Spectral evaluation are carried out so that in addition to the dual image without additional components using the existing imaging technology, the determination of physiological parameters of the viewing area is made possible.
  • Forming such difference information can be necessary, among other things, in this case using a respective filter corresponding to spectral information necessary for determining support points is filtered out. If different first filters and second filters are used, the respective missing spectral component can be determined from the respective other optical path and an adjustment can be made.
  • a “medical imaging device” can be any technical and/or electronic device that is suitable for recording, further processing and/or forwarding an image of a viewing area in a medical environment and displaying it on a screen, for example.
  • a medical imaging device is a dual endoscope, a stereo endoscope, or a stereo exoscope.
  • Such a “stereo endoscope” is a mostly narrow and elongated imaging device which is suitable for inserting it into a cavity or through a mostly small opening and creating an image within the cavity and/or the area behind the small opening from a viewing area using two cameras or two image sensors.
  • a “stereo exoscope” is a comparable device that is used, for example, in medical interventions from the outside for imaging, i.e. in a so-called open surgical intervention.
  • the "stereo" property of the respective endoscope or exoscope describes the ability to record a stereoscopic image of the viewing area using two optical paths and/or two optics.
  • a corresponding dual endoscope or dual exoscope is capable of recording two separate images without, for example, a stereoscopic reconstruction taking place.
  • a respective “endoscope” in the actual sense, as described above, is also integrated within an endoscope system with further devices, for example a cable guide, further sensors and/or a display device for displaying image information on an external monitor can be.
  • a “light source” is, for example, an LED, incandescent lamp or other light-emitting device. Furthermore, such a light source can also be realized in that a light generated by means of an LED or another light-generating device is directed or directed to a corresponding location in the viewing area by means of a light guide, for example a glass fiber or a glass fiber bundle. Such a light source serves to illuminate the observation area with light of corresponding light spectra. It is also possible to construct the light source as a laser, i.e.
  • one wavelength here denoting a narrow range of, for example, only +/-2nm or also +/-5nm, i.e. a clear one narrower range than is achievable with an LED.
  • a “light spectrum” describes the wavelength range and/or an intensity distribution across different wavelengths in which the respective light source emits light. Such a light spectrum can, for example, be shown graphically in the form of a diagram of the illumination intensity over a particular wavelength.
  • An "optical path” is, in particular, the path through which light of a corresponding image travels from the observation area via a respective optic to, for example, a respective image sensor.
  • Such an optical path is defined, for example, with an optical axis or as a geometric course.
  • Optics describes the entirety of all components that guide light and/or image information or an image along the optical path.
  • an optic includes lenses, cover plates, protective plates or filters.
  • An “image sensor” is, for example, an electronic chip or another similar device, by means of which light and/or a corresponding image running along the optical path and the respective optics can be recorded and converted into electronic signals.
  • an image sensor is a CCD chip or a comparable electronic component.
  • a “sensor filter” describes a filter usually assigned to a respective image sensor or a corresponding filter device, which is suitable for filtering the light incident on the image sensor beforehand for recording by the image sensor.
  • the image sensor includes a sensor filter, which feeds light that is pre-filtered according to the color to parts of the image sensor that are associated with corresponding color values. So can one
  • a typical image sensor for example, has an RGB filter in front of the corresponding sensor parts for, for example, individual pixels, so that each pixel only receives the information about R (red), G (green) and B (blue).
  • each so-called pixel of the image sensor has at least three sub-pixels, to which the R, G, B information is supplied with a corresponding filter, so that the pixel formed from the sub-pixels enables differentiated color representation.
  • image sensors with so-called Bayer filters are also known in this connection.
  • a “viewing area” describes the area, the volume or the area which is to be viewed using the medical imaging device and from which a corresponding image is to be generated.
  • a viewing area is, for example, an organ, a bone, a partial area of a human or animal body or another area of interest for a corresponding viewing.
  • spatialally offset describes two optical paths arranged next to one another, so that a respective image can be recorded from two perspectives.
  • a parallel or skewed arrangement of corresponding optical axes along the optical paths can also be set up and used, so that a so-called stereoscopic image can be recorded.
  • Such a stereoscopic image imitates the three-dimensional view of a living being, in which a respective image is recorded from at least two perspectives.
  • a spatial impression can then be reconstructed or generated from the different information of the respective images from different perspectives. This is also described as "stereoscopic imaging of spatial image information”.
  • Double image information is image information composed of two items of image information, which, for example, includes an image of two images from the viewing area taken using different optical paths, without these having to be stereoscopic.
  • Spatial image information is the information that allows conclusions to be drawn about, for example, a topography of the viewing area and/or a spatial arrangement of corresponding objects within the viewing area.
  • One Spatial image information can be, for example, an image presented as a 3D image, which provides an observer with detailed information about the topography of the viewing area.
  • spatial information can also arise from the fact that, for example, the respective image information is sent to a viewer for a respective eye, so that the actual "spatial imaging" is carried out by the viewer, since spatial vision is physiologically suggested to the viewer. This can be done, for example, by means of VR glasses (virtual reality glasses), which are then supplied with "dual image information" in the sense of the above description.
  • VR glasses virtual reality glasses
  • physiological parameters of the area under consideration are, for example, oxygen concentrations, fat percentages, blood flow values, hemoglobin concentrations or also a water content in, for example, an organ under consideration and/or the tissue of the respective organ in the area under consideration.
  • physiological parameters can be determined, for example, by means of corresponding light spectra, in that a degree of absorption for a corresponding wavelength range of a light spectrum is analyzed and a corresponding physiological parameter is inferred therefrom. For example, a certain absorption wavelength is assigned to a hemoglobin concentration, another absorption wavelength to a water content or a third absorption wavelength to an oxygen content in the blood.
  • a "filter” is an optical component and can therefore be part of the designated optics.
  • a filter acts in particular in such a way that certain wavelength ranges of a complete light spectrum are attenuated or reduced or allowed to pass through or are also completely prevented from continuing along the optical path.
  • such a filter has a corresponding “filter spectrum” which, analogous to a light spectrum, describes the respective intensity of the wavelengths that the filter lets through or rejects.
  • a transmission filter spectrum which describes the transmitted intensity component in the respective light spectrum, and of a retention level, which indicates which component is not transmitted by the filter.
  • so-called gradient filters are known, for example, which have a continuously variable filter effect over a filter area.
  • Filtered image information is image information that has passed through the respective filter and has thus been cleaned or reduced by the wavelength components specified according to the respective filter spectrum.
  • a "spectral range” in this context is a section or sub-range of a corresponding filter range or light spectrum.
  • Additional image information is, for example, a visual representation or an analogous electronic processing of this visual representation, which gives a viewer a conclusion about physiological parameters in the viewing area.
  • additional image information is a false-color image or a numerical display of corresponding physiological parameters for corresponding image points or pixels.
  • a numerical value displayed for a pixel selected by an operator, for example, for a specific physiological parameter can therefore also be meant.
  • the medical imaging device has a third light source with a third light spectrum, and a fourth light source with a fourth Light spectrum and/or other light sources with other light spectra, where the respective light source is set up in such a way that it illuminates the viewing area with the respective light spectrum, which is particularly adapted to the physiological parameters.
  • the first filter spectrum and the second filter spectrum are different from each other, so that the first filter and the second filter have different filter spectra.
  • This arrangement makes it possible for the medical imaging device to be constructed in a particularly simple manner.
  • a synergy of the parameters determined in the first optical path and the parameters determined in the second optical path can be generated by different first filters and second filters, so that, in particular by means of a difference formation of the respective image information, both a stereoscopic and spatial representation as well as a representation and/or or analysis of corresponding physiological parameters within an image is made possible.
  • the first filter spectrum or the second filter spectrum is for that which can be recorded with the first image sensor or for that which can be recorded with the second image sensor Image essentially completely permeable.
  • Essentially completely transparent describes the property that the filter is transparent in such a way that the wavelength ranges relevant to the image sensor are completely transmitted. For example, such a filter is then completely transparent for a wavelength range between 400 nm and 900 nm, whereby “essentially” also includes technical deviations, for example wavelength-dependent differences in the transparency of 5% or 10%, which are caused in particular by the material used and/or other optical properties.
  • the first filter spectrum and/or the second filter spectrum is selected to correspond to the first sensor filter and/or to correspond to the second sensor filter, so that by means of one of the respective sensor filters dependent sensitivity in different spectral ranges, different spectral ranges of the respective image can be evaluated to obtain additional image information or multiple additional image information of the viewing area.
  • a high sensitivity of the respective image sensor which is dependent on the respectively assigned sensor filter, can be used in order to be able to evaluate a corresponding filter spectrum in a particularly emphasized manner.
  • a high sensitivity of the respective image sensor for a reddish light is used here in such a way that the respective filter with its filter spectrum lets through exactly one wavelength that corresponds to it, has a high transmission in a corresponding spectral range.
  • the first filter and/or the second filter is an edge filter or a band filter.
  • An “edge filter” has two or more spectral ranges that are sharply separated from one another, in which the edge filter transmits, i.e. is permeable, or absorbs, i.e. is impermeable.
  • Such edge filters are implemented as so-called high-pass filters, ie with transmission in high wavelength ranges, or as low-pass filters, ie as edge filters with transmission in low wavelength ranges.
  • a “band filter” is a corresponding filter that includes several cut-off filters, i.e. a so-called “band” of spectral components transmitted between a lower wavelength and an upper wavelength, for example. A separation is thus made at the lower wavelength and at the upper wavelength with a respective cut-off filter.
  • At least one of the respective light spectra has a wavelength of 400 nm to 940 nm, 400 nm to 700 nm, 790 nm to 850 nm, 400 nm to 500 nm and/or 740 nm to 780 nm.
  • lighting with 940 nm lighting with white light from 400 nm to 700 nm, lighting with 460 nm or lighting with 770 nm would be possible.
  • each wavelength in any case describes a reference wavelength, i.e.
  • a “nominal wavelength” includes, for example, a range of decreasing intensity of 10 nm or 20 nm in an increasing direction and also a decreasing direction . This is particularly relevant for lighting with LEDs or comparable light sources, since LEDs generally cannot emit light of just one sharply defined wavelength, but generate a spectrum with an intensity distribution that falls away around a nominal wavelength. It should be noted here that the inventive idea can also be implemented with sharply defined laser radiation from a laser with a specific wavelength, with such a laser realizing a significantly narrower range of, for example, +/-2 nm or +/-5 nm around a nominal wavelength can. Corresponding filters can then be designed with a narrower filter range, which in particular minimizes an influence on a white-light image for a viewer. [37] With such respective specific light wavelengths, different fluorescent substances, tissue reactions or absorption behavior of the tissue can be exploited in a targeted manner.
  • the medical imaging device has an additional light source for illuminating the observation area with white light.
  • White light which is also called “polychromatic light” describes light that consists of a mixture of different colors, i.e. a mixture of different spectral components. Such light is therefore also described as having a broad spectrum. Such white light can also be white light in the sense of daylight, for example, but also any other mixture of light wavelengths. For example, such a white light can also have wavelengths that are suitable for determining physiological parameters in a superimposed form.
  • the formation of the dual image information includes reconstructing a correlation between the first image and the second image using a respective filtered first image information and filtered second image information, where the reconstructing is carried out in particular using image information with the first file ter and the second filter passed wavelength spectrum, in particular by illuminating with white light.
  • a "reconstruction of a correlation” describes the assignment of a corresponding pixel belonging to a pixel in the viewing area or corresponding partial information of the first image and the second image, with which, for example, an offset of the first image to the second image is calculated and used as a correction for the imaging the dual picture information is used.
  • the formation of the dual image information includes a stereoscopic formation of spatial image information of the viewing area.
  • one of the light sources or several of the light sources illuminate the observation area with a light spectrum corresponding to an auxiliary substance, so that the corresponding light spectrum can be used to optically stimulate an auxiliary substance, in particular a fluorescent substance, where in particular first filter and/or the second filter has or have a filter spectrum which is adapted to a light spectrum emitted by the excited excipient, in particular fluorescent substance.
  • Such an arrangement can be used, for example, to generate a so-called fluorescence image, ie, for example, an indocyan green image (ICG image).
  • an auxiliary substance which is, for example, a fluorescent substance for an ICG procedure, is introduced into the observation area.
  • This excipient is then excited by the light spectrum corresponding to the excipient and emits a light spectrum corresponding to the excipient. If, for example, this excipient is administered into the blood of a patient as a fluorescent substance, blood circulation can be determined by means of the correspondingly emitted light spectrum of the excipient after stimulation.
  • An “excipient is, for example, a drug that is administered to a patient before the examination with an endoscope and which is then deposited in the organs examined and is available there for the evaluation of certain physiological parameters.
  • An example of such an auxiliary substance is a so-called contrast medium, which is known in various versions as a medical product.
  • a “fluorescent substance” is an auxiliary substance which reacts to an incident light spectrum, the so-called “excitation spectrum”, by emitting a changed, characteristic light spectrum.
  • a “fluorescent substance” absorbs light of certain wavelengths and, in response, emits light of the same or a different wavelength.
  • An example of this are substances that glow bluish under so-called black light.
  • Such substances are known in different forms and with different luminous colors in the medical as well as in the non-medical field.
  • the filter filters out spectral components of the light source that serve to excite the auxiliary substance. This enables the fluorescence reaction to be evaluated as undisturbed as possible.
  • an excitation filter is assigned to a light source or a respective light source, with the excitation filter filtering light emitted by the light source in such a way that the illumination of the observation area is made possible with a light spectrum that corresponds to the auxiliary substance .
  • Such an excitation filter can be designed, for example, as a band filter in such a way that only a narrow spectral band that excites the excipient is allowed to pass. This enables the excipient, for example the fluorescent substance, to be excited in a targeted manner.
  • the medical imaging device has an evaluation unit which is set up to evaluate the first image and/or the second image with regard to an OHI, TWI, STO2 and/or an NIR index, such that a hemoglobin content, a water content, an oxygen concentration and/or the presence of an auxiliary substance, in particular a fluorescent substance, can be determined.
  • Such an “evaluation unit” has, for example, a memory in which a method for evaluating the medical imaging device is stored. Furthermore, the evaluation unit can have a processor or microcontroller, with the processor or the microcontroller being able to carry out the evaluation method.
  • the medical imaging device has a display unit which is used for the simultaneous, superimposed and/or correlated display of the first image information, the second image information, the stereoscopically formed spatial image information and / or the additional union image information is set up.
  • Such a “display unit” is, for example, a PC, a minicomputer or a screen with a corresponding processor, which both the first Image information, the second image information, spatial image information formed therefrom and/or additional image information in the form of, for example, a hemoglobin content of the viewing area can display.
  • a hemoglobin content is, for example, superimposed on the other image information as a color image corresponding to each pixel.
  • the display unit can also have the evaluation unit in itself, so that no separate devices are required for the display unit and the evaluation unit.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a tip of a medical stereo endoscope
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the tip of the medical stereo endoscope of FIG. 1 in a sectional side view
  • FIG. 3 shows a diagram relating to different absorption rates of physiological parameters of an example tissue
  • FIG. 4 shows a diagram relating to different color sensitivities of an image recording chip
  • FIG. 5 shows a diagram of a filter spectrum of an exemplary filter for the tip of the stereo endoscope of FIGS. 1 and 2, and
  • FIG. 6 shows a diagram of the time sequence of illumination schemes for the stereo endoscope.
  • a stereo endoscope 101 has a tip 103 .
  • the tip 103 is formed from a first part 105 and a second part 115 .
  • the first part 105 accommodates all of the components for a first optical path for stereoscopic viewing, while the second part 115 accommodates all of the components for a second optical path for stereoscopic viewing.
  • the first part 105 has a lens 106 which directs incident image information through a filter 121 to an image sensor 123 .
  • the image of an exemplary organ 150 located in a viewing area 160 is imaged on the image sensor 123 during a surgical intervention by means of these optics formed from the lens 116 and the filter 121 .
  • a second image of the organ 150 in the viewing area 160 is created on an image sensor 133 by means of a lens 116 and a filter 131 pictured.
  • the lens 106, the filter 121 and the image sensor 123 lie on an optical axis 125
  • the lens 116, the filter 131 and the image sensor 133 lie along an optical axis 135.
  • the lens 106 and the lens 116 look parallel to one another the organ 150, so that a stereoscopic image of the organ 150 in the viewing area 160 can be generated by means of the first part 105 and the second part 115 in a corresponding evaluation unit (not shown) or in VR glasses (not shown).
  • the image information generated on the image sensor 123 and the image information generated on the image sensor 133 are sent to the evaluation unit (not shown) and reconstructed to form a dual image, with the offset between the two images being calculated out in order to obtain relevant information from the images to be able to refer to a corresponding point on the organ 150.
  • the reconstruction of the disparity is also mentioned. This is usually done on the basis of a white light image and on the basis of a respective calibration of the image sensor 123 and the image sensor 133.
  • LEDs 107 and 108 are arranged on the first part 105. Furthermore, LEDs 109 and 110 are arranged on the second part 115 .
  • the LEDs 107, 108, 109 and 110 are only arranged geometrically on the first part 105 and on the second part 115 and initially do not specify any specific assignment to the respective optical axes 125 and 135.
  • the LEDs 107, 108, 109 and 110 are selected and set up as narrow-band LEDs in the order mentioned for illuminating the organ 150 in the viewing area 160 with the wavelengths 450 nm, 580 nm, 700 nm and 800 nm.
  • a half-value width of less than 20 nm, for example less than 10 nm, is referred to here as narrow-band, although this can vary depending on the application and the desired precision of corresponding recordings.
  • Further LEDs for illuminating the organ 150 can, for example, emit wavelengths of 460 nm, 660 nm, 765 nm or also 940 nm (these LEDs are not shown).
  • the information on wavelengths should be understood with the above-described half-value widths and/or deviations in relation to a specifically specified wavelength, so that, for example, an adjustment of the specified 765 nm to 770 nm is possible if, for example, a clearer or more precise reaction of an illuminated tissue is thereby achieved can be achieved.
  • the filter 121 and the filter 131 have different filter spectra from each other.
  • only the filter 121 or only the filter 131 can be present be, the respective other optical axis then having no filter.
  • the filter 131 is completely permeable, ie optically without any influence.
  • a diagram 301 has a wavelength axis 303 and an intensity axis 305.
  • the diagram 301 describes the absorption rates for different tissue components of the object 150 in relation to the respective light wavelength.
  • the intensity is plotted on an intensity axis 305 versus the wavelength on the wavelength axis 303 .
  • an absorption curve 311 shows the absorption of water
  • an absorption curve 313 the absorption of deoxygenated blood
  • the absorption curve 315 the absorption of oxygenated blood
  • the absorption curve 317 the absorption of fatty tissue
  • a diagram 401 has a wavelength axis 403 and an intensity axis 405.
  • Diagram 401 describes a so-called RGB sensitivity of an image sensor, for example image sensor 123 and/or image sensor 133.
  • Image sensor 123 and image sensor 133 are set up as image sensors with a Bayer filter, so that different sub-pixels have different color information each pixel with the sensitivity curves shown in diagram 401 for different colors.
  • the terms "channels” are also used in the following, i.e. a "red(s) channel", a "green(s) channel” and a "blue(s) channel", whereby the sensitivity focus for R(red) , G (green) and B (blue) of the respective sub-pixel.
  • a sensitivity curve 411 describes the sensitivity of an image sensor in the blue channel, a sensitivity curve 413 in the yellow channel and a sensitivity curve 415 in the red channel for incident light. It is qualitatively recognizable here that a respective sensitivity curve has a local maximum with regard to a corresponding wavelength range, i.e. it is particularly sensitive for the evaluation with regard to a respective color. However, in the sensitivity curve 413, for example, colored light information other than yellow is recognizable and converted into a corresponding, weaker signal. The same applies to the other sensitivity curves for other colors.
  • a diagram 501 has a wavelength axis 503 and a transmission axis 505.
  • Diagram 501 describes the transmission as an example, ie Permeability, of a corresponding filter, such as filter 121 or filter 131.
  • a transmission curve 511 has a pronounced transmission spectrum 521, a pronounced blocking spectrum 522 and a pronounced further transmission spectrum 523.
  • the filter on which diagram 501 is based is therefore a double-bandpass filter.
  • the wavelength range between approx. 450nm and approx. 650nm and between approx. 820nm and approx. 950nm is allowed to pass, the other wavelength ranges are almost completely blocked.
  • “Completely” here describes a significant, technically sensible weakening of the transmitted light with a factor of, for example, more than 100 compared to letting it through, or, for example, a factor of more than 1000.
  • a flow chart 601 shows the timing of an illumination sequence for the stereo endoscope 101.
  • White light phases 611 and MSI phases 613 are controlled alternately.
  • the organ 150 is illuminated with white light by means of an additional LED (not shown), in the MSI phase 613 by means of the light wavelengths described for multi-spectral imaging (MSI) by means of the LEDs 105, 108, 109 and 110.
  • the different phases are controlled alternately along a time axis 631, each with an exposure time of approx. 25 ms for the MSI and approx. 8 ms for the white light in the present example.
  • the image sensor 123 and the image sensor 133 are evaluated in a timely manner, so that the signals of the respective image sensor can be assigned to the respective phase along the time axis 631 .
  • an MSI phase 613 the disparity of the two different images is also reconstructed as described above.
  • the starting point here is the arrangement of the filter 121 along the optical axis 125, with the filter 121 being an ICG filter, i.e. a filter for determining an indigo-cyan-green fluorescence of a corresponding excipient in the organ 150 .
  • the filter 121 behaves in accordance with the transmission curve 511 of the diagram 501, that is to say it largely allows light wavelengths between approx. 400 nm and approx. 650 nm and light wavelengths between approx. 820 nm and approx. 950 nm to pass. Other wavelengths are almost completely blocked and do not penetrate the image sensor 123 to any significant extent.
  • the filter 131 is complete along the optical axis 135 design a transparent filter 131, i.e. optically irrelevant, so that unfiltered image information of the organ 150 impinges on the image sensor 133.
  • both an IGC value and physiological parameters of the organ 150 are then determined in direct succession.
  • this causes that the necessary lighting for the ICG image and for the MSI image is alternately ensured.
  • the switching takes place according to the flow chart 601 and so briefly that it is not noticed by a viewer.
  • This also ensures that when the endoscope is moved in the viewing space 160 no movement artefacts are caused by the lighting being switched over and the image sensors 123 and 133 being read out alternately. These would arise in particular in the stereo reconstruction of the two images generated in relation to one another.
  • Evaluating the red channel of the image sensor 123 provides a measured intensity at 580 nm, since the sensitivity of the respective red-sensitive sub-pixel of the respective image sensor for the light wavelength of 580 nm is greatest here. Furthermore, the light at 580 nm reaches both the image sensor 123 and the image sensor 133, since the filter 121 according to diagram 301 is also permeable to this light wavelength. In the image sensor 133, the intensity for 580 nm, 700 nm and also 800 nm is determined on the respective red partial pixel.
  • An evaluation of the green channel of the image sensor 123 provides a measured intensity at 450 nm and at 580 nm. Furthermore, the light with 450 nm and 580 nm reaches both the image sensor 123 and the image sensor 133, since the filter 121 according to diagram 501 is also permeable for this light wavelength. Light with a wavelength of 700 nm is passed through the filter 121 blocked, light with a wavelength of 800 nm would again be let through (see diagram 501), but is not read out here. In the image sensor 133, the intensity for 450 nm, 580 nm, 700 nm and also 800 nm is determined on the respective green partial pixel.
  • a corresponding wavelength naturally also includes a certain half-value width of, for example, 15 nm; the "wavelength” is to be understood here as the nominal wavelength. In order to understand the invention, however, the term “wavelength” is used here with an assumed clear selectivity that includes a certain deviation in technical reality.
  • An evaluation of the blue channel of the image sensor 123 provides a measured intensity at 450 nm.
  • the light with 450 nm reaches the image sensor 123, since the filter 121 according to diagram 301 is also permeable for this light wavelength.
  • the intensity for 450 nm and also 800 nm is determined on the respective blue partial pixel.
  • the following intensities are determined with the image sensor 123: with the red channel for 580 nm, with the green channel for 450 nm and for 580 nm and with the blue channel for 450 nm.
  • the following intensities are determined with the image sensor 133: with the red channel for 580 nm, for 700 nm and for 800 nm, with the green channel for 450 nm, for 580 nm, for 700 nm and for 800 nm as well as with the blue channel for 450 nm and for 800mm.
  • the blue channel of sensor 123 is used to check the parameters determined below.
  • This light wavelength is at the so-called isosbestic point for both the OHI value (hemoglobin) and the ST02 value (oxygen saturation).
  • This isosbestic point is characteristic of the fact that the intensity measured at this wavelength is not dependent, or only to a very small extent, on the oxygen content in the viewing area. This can be used to distinguish between changes in OHI and St02.
  • the OHI parameter is determined at a support point of 580 nm using the red channel of sensor 123. At this light wavelength, both the sensitivity curve 415 and the absorption curve of the respective hemoglobin parameters are at a maximum, so that the OHI value can be determined reliably and with good selectivity from other wavelength ranges.
  • the ST02 value is determined by means of a calculation. It should be noted here that the image sensor 123 does not receive any image information on the light wavelength of 700 nm due to the filter 121 with the transmission curve 511 . Therefore, the underlying light intensity of the respective channels of the respective RGB image sensor is calculated according to:
  • the projection rule P is derived from the reconstruction of the disparity as described above.
  • the factor P describes intensity differences between the image of the image sensor 123 and the image of the image sensor 133 for respective pixels.
  • an ST02 value and an OHI value can be determined using the dependency:
  • such support points are wavelength ranges which are selected from the absorption curves 311, 313, 315 and 317 shown in diagram 301 in such a way that one, two or more support points each provide information about, for example, the hemoglobin content in organ 123 is enabled.
  • the image sensor 123 is used to determine the ICG parameters, i.e. the fluorescence response of the organ 150. For this purpose, excitation with a light wavelength of 700 nm is used, with fluorescence with a light wavelength of approx. 600 nm he follows.
  • the filter spectrum of the filter 121 is selected according to the transmission curve 511 in such a way that the disturbing influence of the light of the LED 109 is filtered out at 700 nm, but the light according to the fluorescence at approx exact evaluation of the fluorescence for carrying out the IGC examination is made possible.
  • the image sensor 123 is referred to as the "left" channel and the image sensor 133 as the "right” channel.
  • a diagram 701 has a wavelength axis 703 and an intensity axis 705.
  • Diagram 701 describes the transmission, ie permeability, of a corresponding filter by way of example, the filter behavior being described with a transmission curve 711 .
  • the transmission curve 711 represents a transmission spectrum 721 of the corresponding filter, specifically in the case of the diagram 701 for the left channel of a stereo endoscope.
  • the diagram 701 has an illumination curve 741 for representing the illumination of the observation area 160 with white light and an illumination curve 743 for representing the illumination of the observation area 160 with visible red light as the excitation light.
  • the transmission spectrum 721 ensures that all wavelength ranges are transmitted along the spectrum from approximately 400 nm to approximately 1000 nm, which is shown completely along the wavelength axis 703, and can be recorded with the corresponding image sensor.
  • a diagram 702 with a wavelength axis 704 and an intensity axis 706 shows the situation for the right channel, namely a transmission curve 712, which has a pass spectrum 722 from about 400 nm to about 640 nm, a blocking spectrum 724 from about 640 nm up to about 680 nm and then a transmission spectrum 726 from about 680 nm to about 1000 nm.
  • a transmission curve 712 which has a pass spectrum 722 from about 400 nm to about 640 nm, a blocking spectrum 724 from about 640 nm up to about 680 nm and then a transmission spectrum 726 from about 680 nm to about 1000 nm.
  • the lighting curve 741 and the lighting curve 743 which are also shown in the diagram 702
  • Imaging with a correspondingly visible red light is then carried out analogously to the flow chart 601, but with alternating illumination with white light and visible red light with a wavelength of 660 nm for red light fluorescence in successive frames of the imaging.
  • the organ 150 responds optically to the 660 nm excitation light with a wavelength of around 700 nm and also longer wavelengths.
  • a complete white light image without being influenced by a filter, namely analogous to the transmission spectrum 721, becomes visible in the left channel.
  • the blocking spectrum 724 filters out the red component between 640 nm and 680 nm of the white light.
  • the image can then be reconstructed by correlating corresponding pixels by corresponding green components and also blue components of a corresponding image from the right channel and the complete image of the left channel. This correlation is carried out using known methods, for example a pixel comparison, a comparison search for geometric arrangements in the image or the like. This allows the disparity between different images to be calculated. A so-called stereo reconstruction thus takes place.
  • the red component of the image without discrete resolution of individual wavelengths from the left channel analogous to diagram 701 can then be converted to the right channel with this stereo reconstruction and supplements corresponding image components mathematically, so that a corresponding white-light image within the corresponding frame is visible on both channels, ie a complete stereo image with white-light illumination can be displayed to an operator, for example.
  • a corresponding red light fluorescence component at around 700 nm is so weak that it is overshadowed by corresponding light components, or is imperceptible due to a signal-to-noise ratio and a correspondingly weak fluorescence signal.
  • this exemplary embodiment can be carried out with a so-called fluorescein fluorescence instead of with a red light fluorescence, with corresponding filters being matched to the corresponding excitation light.
  • the red channel can then be used for pixel correlation and for stereo reconstruction, with a green channel and a blue channel being alternately replaced by computation.
  • a diagram 801 with a wavelength axis 803 and an intensity axis 805 shows a transmission curve 811 for the left viewing channel.
  • the transmission curve 811 has a pass spectrum 821 between 400 nm and 440 nm, which is followed by a blocking spectrum 823 from 440 nm to 480 nm.
  • the transmission curve 811 then again has a transmission spectrum 825 between 480 nm and 750 nm, a subsequent blocking spectrum 827 filters out light between 750 nm and 790 nm, with a transmission spectrum 829 above 790 nm again allowing light to pass.
  • an illumination curve 841 for white light an illumination curve 843 for visible red light, an illumination curve 845 for indocyan green excitation light, an illumination curve 847 for multispectral illumination and an illumination curve 849 for fluorescein illumination are shown analogously to diagrams 701 and 702.
  • a transmission curve 812 represents the filter characteristics of a corresponding filter for the right channel, namely a transmission spectrum 822 between 400 nm and 640 nm, a blocking spectrum 824 between 640 nm and 680 nm adapted to the excitation light in the visible red range, and a transmission spectrum 826 between 680 nm and 1,000 nm.
  • Illumination can also take place alternately with white light and with excitation light for indocyan green fluorescence, with this excitation light then having a wavelength of 765 nm or, for example, 770 nm depending on the indocyan green fluorescent substance used.
  • a stereo reconstruction analogous to the above embodiment can then be described by means of the green components of the left and the right image.
  • the red portion of the left image can be mathematically transferred to the right image, the blue portion of the right image to the left image, so that a complete, stereoscopic white light image is created.
  • indocyan green fluorescence between 790 and 850 nm can be observed in the image on the left.
  • the excitation light is then completely recorded as well as a comparatively very small proportion of indocyan green fluorescence, which is therefore lost in the noise in the image on the right.
  • the indocyan green component of the fluorescence signal can then be transferred from the left to the right channel, based on the stereo reconstruction that takes place in the white light frame.
  • a white light image and a fluorescein fluorescence image can be displayed almost simultaneously by illuminating the first frame with white light, the left image without a blue component and the right image without a red component is recorded and a corresponding correlation, stereo reconstruction and transmission of corresponding color components takes place analogously to the previous example.
  • fluorescein excitation is then carried out at 460 nm, with a corresponding fluorescence at 500 nm being perceptible in the image on the left.
  • fluorescein excitation light of 460 nm has been filtered out.
  • the excitation light at 460 nm is visible, represented by the illumination curve 849.
  • a fluorescence component at 500 nm is recorded in the right channel, it is significantly weaker than other signals and is therefore lost in the noise.
  • the fluorescein fluorescence signal can then be transformed from the left image into the right image by analogy with the previous stereo reconstruction comparison.
  • white-light imaging and multispectral imaging can be operated almost simultaneously, with white-light illumination taking place in a first frame as described above, with stereo reconstruction and the transfer of the corresponding color components between the images also taking place here.
  • narrow-band illumination is then used for a multispectral analysis with wavelengths of 660 nm and 940 nm, with the left image showing the reflection spectrum of both 660 nm and 940 nm.
  • a spectral separation can then take place through the recording behavior of the RGB sensors.
  • MSI parameters can be calculated.
  • the reflection spectrum of 940 nm is perceived in the right channel, whereby the multispectral signal can be transferred from the left channel to the right channel by a transformation from the white light frame.
  • a quasi-simultaneous display of a white-light imaging in stereoscopic display and a corresponding tissue analysis is thus possible in the respective mode, provided that corresponding frames above a frequency that can be perceived by a person are displayed one after the other.
  • the lighting is done with white light with the corresponding transmission of spectral components, a stereo reconstruction and the like Correlation of left to right image based on green content. Furthermore, a transformation of the red component and the blue component can take place using the above examples.
  • illumination with 660 nm can then take place as a possible multispectral wavelength, as well as illumination with visible red light for red light fluorescence, with the evaluation being carried out analogously to the procedure outlined above.
  • Another frame then uses an illumination wavelength of 765 nm, for example, which can then be used for multispectral analysis, for example.
  • the core idea of these exemplary embodiments is to transfer corresponding image components, for example for tissue analyses, from one channel to the other channel and thus to enable an apparent stereoscopic display of these analysis images, for example by using a stereo reconstruction from a white-light image for a computerized Correlation of corresponding channels is used.
  • corresponding color components from respective white-light images of different channels with different transmission behavior of the corresponding filters can also be used to reconstruct a complete stereoscopic white-light image.
  • the LEDs used for illumination can be substituted individually or in their entirety by respective lasers and, for example, illumination with very narrow-band light around 460 nm and 660 nm is carried out with corresponding lasers instead of LEDs.
  • very narrow-band filters namely so-called notch filters, could then be used.
  • the advantage here is that, at least for the white-light image, the filtered spectra of the excitation light are so narrow-band that even a reconstruction of the white-light image for these narrow wavelength ranges can be dispensed with and an optically appealing white-light image is nevertheless generated in which the missing narrow-band wavelength ranges for are not recognizable to a viewer.
  • optical axis 701 diagram 131 filter 702 diagram 133 image sensor 703 wavelength axis 135 optical axis 704 wavelength axis 150 organ 705 intensity axis

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine medizinische Bildgebungsvorrichtung, insbesondere Stereo-Endoskop oder Stereo-Exoskop, mit einer ersten Lichtquelle mit einem ersten Lichtspektrum und einer zweiten Lichtquelle mit einem zweiten Lichtspektrum, einem ersten optischen Weg mit einer ersten Optik und einem ersten Bildsensor mit einem ersten Sensorfilter und einem zweiten optischen Weg mit einer zweiten Optik und einem zweiten Bildsensor mit einem zweiten Sensorfilter, wobei sich der jeweilige optische Weg zwischen einem Betrachtungsbereich und dem jeweiligen Bildsensor erstreckt und der erste optische Weg und der zweite optische Weg räumlich zueinander versetzt angeordnet sind, sodass der erste Bildsensor mittels des ersten optischen Weges ein erstes Bild und der zweite Bildsensor mittels des zweiten optischen Weges ein zweites Bild des Betrachtungsbereiches aufnimmt und das erste Bild und das zweite Bild zum Bilden einer dualen Bildinformation in einem überlagerten Bild einander zugeordnet werden, wobei die jeweilige Lichtquelle dazu eingerichtet ist, den Betrachtungsbereich mit dem jeweiligen Lichtspektrum zu beleuchten, sodass physiologische Parameter des Betrachtungsbereiches in Abhängigkeit vom jeweiligen Lichtspektrum bestimmbar sind, wobei der erste optische Weg einen ersten Filter mit einem ersten Filterspektrum aufweist und/oder der zweite optische Weg einen zweiten Filter mit einem zweiten Filterspektrum aufweist, sodass aus einer gefilterten Bildinformation im ersten Bild und/oder einer gefilterten Bildinformation im zweiten Bild unterschiedliche Spektralbereiche des jeweiligen Bildes zum Erhalt einer zusätzlichen Bildinformation oder mehrerer zusätzlicher Bildinformationen zu den physiologischen Parametern im Betrachtungsbereich auswertbar sind.

Description

Medizinische Bildgebungsvorrichtung, insbesondere Stereo-Endoskop oder Stereo-Exoskop
[01] Die Erfindung betrifft eine medizinische Bildgebungsvorrichtung, insbesondere ein Stereo-Endoskop oder ein Stereo-Exoskop, mit einer ersten Lichtquelle mit einem ersten Lichtspektrum und einer Lichtquelle mit einem zweiten Lichtspektrum, einem ersten opti schen Weg mit einer ersten Optik und einem ersten Bildsensor mit einem ersten Sensorfilter und einem zweiten optischen Weg mit einer zweiten Optik und einem zweiten Bildsensor mit einem zweiten Sensorfilter, wobei sich der jeweilige optische Weg zwischen einem Betrach tungsbereich und dem jeweiligen Bildsensor erstreckt und der erste optische Weg und der zweite optische Weg räumlich zueinander versetzt angeordnet sind, sodass der erste Bildsensor mittels des ersten optischen Weges ein erstes Bild und der zweite Bildsensor mit tels des zweiten optischen Weges ein zweites Bild des Betrachtungsbereiches aulnimmt und das erste Bild und das zweite Bild zum Bilden einer dualen Bildinformation in einem überla gerten Bild einander zugeordnet werden, wobei die jeweilige Lichtquelle dazu eingerichtet ist, den Betrachtungsbereich mit dem jeweiligen Lichtspektrum zu beleuchten, sodass physiologi sche Parameter des Betrachtungsbereichs in Abhängigkeit vom jeweiligen Lichtspektrum be stimmbar sind.
[02] In diesem Zusammenhang sind als medizinische Bildgebungsvorrichtungen insbeson dere Endoskope mit zwei Bildaulnahmewegen, beispielsweise Stereo-Endoskope oder Stereo- Exoskope bekannt, welche aufgrund einer stereoskopischen Betrachtung mit einem ersten op tischen Weg und einem zweiten Weg ein räumliches Bild eines Betrachtungsbereiches auf zeichnen können.
[03] Weiterhin sind Endoskope oder auch Endoskop-Systeme bekannt, welche mittels einer speziellen Beleuchtung in bestimmten Lichtspektren und entsprechender Auswertung mittels eines oder mehrerer Bildsensoren physiologische Parameter eines Betrachtungsbereichs auf nehmen und anzeigen können. So sind beispielsweise sogenannte Multispektral-Endoskope bekannt, mittels welcher mit einer Beleuchtung des Betrachtungsbereichs mit definierten Lichtspektren und einer entsprechenden Auswertung der entsprechend zurückgestrahlten Lichtspektren ein Rückschluss auf beispielsweise eine Sauerstoffsättigung oder auch einen Fettgehalt, einen Hämoglobingehalt oder einen anderen Parameter innerhalb des Betrach tungsbereiches ermöglicht ist. So kann beispielsweise während eines chirurgischen Eingriffs direkt mit einem solchen Multispektral-Imaging-Endoskop der Sauerstoffgehalt des behandel ten Gewebes bestimmt und überwacht werden.
[04] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
[05] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine medizinische Bildgebungsvorrichtung, insbe sondere ein Stereo-Endoskop oder ein Stereo-Exoskop, mit einer ersten Lichtquelle mit einem ersten Lichtspektrum und einer zweiten Lichtquelle mit einem zweiten Lichtspektrum, einem ersten optischen Weg und einer ersten Optik und einem ersten Bildsensor mit einem ersten Sensorfilter und einem zweiten optischen Weg mit einer zweiten Optik und einem zweiten Bildsensor mit einem zweiten Sensorfilter, wobei sich der jeweilige optische Weg zwischen einem Betrachtungsbereich und dem jeweiligen Bildsensor erstreckt und der erste optische Weg und der zweite optische Weg räumlich zueinander versetzt angeordnet sind, sodass der erste Bildsensor mittels des ersten optischen Weges ein erstes Bild und der zweite Bildsensor mittels des zweiten optischen Weges ein zweites Bild des Betrachtungsbereiches aufnimmt und das erste Bild und das zweite Bild zum Bilden einer dualen Bildinformation in einem überlagerten Bild einander zugeordnet werden, wobei die jeweilige Lichtquelle dazu einge richtet ist, den Betrachtungsbereich mit dem jeweiligen Lichtspektrum zu beleuchten, sodass physiologische Parameter des Betrachtungsbereiches in Abhängigkeit vom jeweiligen Lichtspektrum bestimmbar sind, wobei der erste optische Weg ein erstes Filter mit einem ers ten Filterspektrum aufweist und/oder der zweite optische Weg ein zweites Filter mit einem zweiten Filterspektrum aufweist, sodass aus einer gefilterten Bildinformation im ersten Bild und/oder einer gefilterten Bildinformation im zweiten Bild unterschiedliche Spektralbereiche des jeweiligen Bildes zum Erhalten einer zusätzlichen Bildinformation oder zusätzliche Bild informationen zu den physiologischen Parametern im Betrachtungsbereich auswertbar sind.
[06] Eine derart ausgeführte medizinischen Bildgebungsvorrichtung kombiniert mit weni gen Bauteilen und einem einfachen Aufbau sowohl ein Dual-Bild-Endoskop oder auch ein stereoskopisches Endoskop oder ein stereoskopisches Exoskop oder eine andere duale oder stereoskopische medizinische Bildgebungsvorrichtung mit der Fähigkeit einer Auswertung des Betrachtungsbereichs im Hinblick auf physiologische Parameter in Abhängigkeit vom je weiligen Lichtspektrum. Insbesondere kann dabei aus einer Differenzinformation zwischen dem ersten optischen Weg und dem zweiten optischen Weg mittels eines ersten Filters und/oder eines zweiten Filters je nach Anwendung eines ersten Filters in Kombination mit ei nem zweiten Filter oder alleinig eines ersten Filters oder alleinig eines zweiten Filters eine Spektralauswertung durchgeführt werden, sodass zusätzlich zum dualen Bild ohne weitere Bauteile mittels der vorhandenen bildgebenden Technik das Bestimmen von physiologischen Parametern des Betrachtungsbereichs ermöglicht ist.
[07] Ein Bilden einer solchen Differenzinformation kann dabei unter anderem notwendig sein, dabei Verwenden eines jeweiligen Filters entsprechend für das Ermitteln von Stützstel len notwenige Spektralinformationen herausgefiltert werden. Werden unterschiedliche erste Filter und zweite Filter verwendet, kann der jeweilig fehlende Spektralanteil aus dem jeweils anderen optischen Weg bestimmt werden und ein Abgleich erfolgen.
[08] In diesem Zusammenhang seien folgende Begriffe erläutert:
[09] Eine „medizinische Bildgebungsvorrichtung“ kann jede technische und/oder elektroni sche Einrichtung sein, welche geeignet ist, ein Bild eines Betrachtungsbereiches in einem me dizinischen Umfeld aufzunehmen, weiterzuverarbeiten und/oder weiterzuleiten und beispiels weise auf einem Bildschirm anzuzeigen. Beispielsweise ist eine solche medizinische Bildge bungsvorrichtung ein Dual-Endoskop, ein Stereo-Endoskop oder ein Stereo-Exoskop. Ein sol ches „Stereo-Endoskop“ ist dabei eine zumeist schmale und länglich ausgebildete Bildge bungsvorrichtung, welche geeignet ist, diese in einen Hohlraum oder durch eine zumeist kleine Öffnung einzuführen und innerhalb des Hohlraums und/oder des hinter der kleinen Öffnung hegenden Bereiches ein Bild von einem Betrachtungsbereich mittels zweier Kameras oder zweier Bildsensoren aufzunehmen. Ein „Stereo-Exoskop“ ist eine vergleichbare Einrich tung, welche beispielsweise bei medizinischen Eingriffen von außen zur Bildgebung einge setzt wird, also bei einem sogenannten offenen chirurgischen Eingriff. Die „Stereo“-Eigen- schaft des jeweiligen Endoskops oder Exoskops beschreibt dabei die Fähigkeit, mittels zweier optischer Wege und/oder zweier Optiken ein stereoskopisches Bild des Betrachtungsbereiches aufzunehmen. Ein entsprechendes Dual-Endoskop oder Dual-Exoskop ist in der Lage, zwei separate Bilder aufzunehmen, ohne dass beispielsweise eine stereoskopische Rekonstruktion erfolgt. In diesem Zusammenhang sei daraufhingewiesen, dass ein jeweiliges „Endoskop“ im eigentlichen Sinne wie vorig beschrieben auch innerhalb eines Endoskop-Systems mit weite ren Einrichtungen, beispielsweise einer Kabelführung, weiterer Sensoren und/oder einem An zeigegerät zum Anzeigen einer Bildinformation auf einem externen Monitor eingebunden sein kann. Weiterhin werden „Endoskop“ und „Endoskop-Systeme“ häufig unscharf getrennt und teilweise synonym verwendet. [10] Eine „Lichtquelle“ ist beispielsweise eine LED, eine Glühlampe oder eine andere, lichtemittierende Einrichtung. Weiterhin kann eine solche Lichtquelle auch dadurch realisiert sein, dass ein mittels einer LED oder einer anderen lichterzeugenden Einrichtung erzeugtes Licht mittels beispielsweise eines Lichtleiters, also beispielsweise einer Glasfaser oder eines Glasfaserbündels, an einen entsprechenden Ort am Betrachtungsbereich gelenkt oder geleitet wird. Eine solche Lichtquelle dient dabei dem Beleuchten des Betrachtungsbereiches mit Licht entsprechender Lichtspektren. Es ist auch möglich, die Lichtquelle als Laser, also mit einem sehr engen Lichtspektrum von insbesondere nur einer Wellenlänge auszuführen, wobei „eine“ Wellenlänge hier einen engen Bereich von beispielsweise nur +/-2nm oder auch +/- 5nm bezeichnet, also einen deutlich engeren Bereich als dies mit einer LED erreichbar ist.
[11] Ein „Lichtspektrum“ beschreibt dabei den Wellenlängenbereich und/oder eine Intensi tätsverteilung über verschiedene Wellenlängen, in der die jeweilige Lichtquelle Licht emit tiert. Ein solches Lichtspektrum kann dabei beispielsweise graphisch in Form eines Dia gramms der Beleuchtungsintensität über einer jeweiligen Wellenlänge abgebildet sein.
[12] Ein „optischer Weg“ ist insbesondere der Weg, welchen Licht eines entsprechenden Bildes vom Betrachtungsbereich über eine jeweilige Optik hin zu beispielsweise einem jewei ligen Bildsensor durchläuft. Ein solcher optischer Weg ist dabei beispielsweise mit einer opti schen Achse oder als geometrischer Verlauf definiert.
[13] Eine „Optik“ beschreibt die Gesamtheit aller Bauteile, welche Licht und/oder eine Bil dinformation oder ein Bild entlang des optischen Weges lenken. Beispielsweise umfasst eine solche Optik dabei Linsen, Abdeckscheiben, Schutzscheiben oder auch Filter.
[14] Ein „Bildsensor“ ist beispielsweise ein elektronischer Chip oder eine andere gleichar tige Einrichtung, mittels derer entlang des optischen Weges und der jeweiligen Optik verlau fendes Licht und/oder ein entsprechendes Bild aufgezeichnet und in elektronische Signale umgewandelt werden kann. Beispielsweise ist ein solcher Bildsensor ein CCD-Chip oder ein vergleichbares elektronisches Bauteil.
[15] Ein „Sensorfilter“ beschreibt ein zumeist einem jeweiligen Bildsensor zugeordnetes Filter oder eine entsprechende Filtereinrichtung, welche geeignet ist, das auf den Bildsensor einfallende Licht zum Aufnehmen durch den Bildsensor vorher zu filtern. Beispielsweise um fasst der Bildsensor ein Sensorfilter, welches entsprechenden Farbwerten zugeordneten Teilen des Bildsensors jeweilig entsprechend der Farbe vorgefiltertes Licht zuleitet. So kann ein typischer Bildsensor beispielsweise ein RGB-Filter vor entsprechenden Sensorteilen für bei spielsweise einzelne Pixel aufweisen, sodass einem jeweiligen Pixel nur die jeweilige Infor mation zu R (Rot), G (Grün) sowie B (Blau) zugeleitet wird. Üblicherweise hat dabei jedes sogenannte Pixel des Bildsensors zumindest drei Teilpixel, welche mit einem entsprechenden Filter die R-, G-, B-Information zugeleitet wird, sodass das aus den Teilpixeln gebildete Pixel eine differenzierte Farbdarstellung ermöglicht. Unter Anderem sind in diesem Zusammen hang auch Bildsensoren mit sogenanntem Bayer-Filter bekannt.
[16] Ein „Betrachtungsbereich“ beschreibt den Bereich, das Volumen oder das Areal, wel cher oder welches mittels der medizinischen Bildgebungsvorrichtung betrachtet und von wel cher oder welchem ein entsprechendes Bild erzeugt werden soll. Ein solcher Betrachtungsbe reich ist dabei beispielsweise ein Organ, ein Knochen, ein Teilbereich eines menschlichen oder tierischen Körpers oder ein weiterer Bereich von Interesse für eine entsprechende Be trachtung.
[17] „Räumlich zueinander versetzt“ beschreibt dabei im einfachsten Fall zwei nebeneinan der angeordnete optische Wege, sodass aus zwei Perspektiven ein jeweiliges Bild aufgenom men werden kann. Weiterhin kann insbesondere auch eine parallele oder windschiefe Anord nung entsprechender optischer Achsen entlang der optischen Wege eingerichtet und genutzt werden, sodass ein sogenanntes stereoskopisches Bild aufgezeichnet werden kann. Dies wird in einer weiter unten beschriebenen Ausführungsform der Erfindung nutzbar gemacht. Ein solches stereoskopisches Bild ahmt dabei den räumlichen Blick eines Lebewesens nach, in dem aus zumindest zwei Perspektiven ein jeweiliges Bild aufgezeichnet wird. Aus den ver schiedenen Informationen der jeweiligen Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven kann dann ein räumlicher Eindruck rekonstruiert oder erzeugt werden. Dies wird auch als „stereoskopi sches Bilden einer räumlichen Bildinformation“ beschrieben.
[18] Eine „duale Bildinformation“ ist dabei eine aus zwei Bildinformationen zusammenge setzte Bildinformation, welche beispielsweise ein Abbild zweier mittels unterschiedlicher op tischer Wege aufgenommener Bilder aus dem Betrachtungsbereich umfasst, ohne dass diese stereoskopisch sein müssen.
[19] Eine „räumliche Bildinformation“ ist dabei die Information, die einen Rückschluss auf beispielsweise eine Topographie des Betrachtungsbereiches und/oder eine räumliche Anord nung entsprechender Gegenstände innerhalb des Betrachtungsbereiches zulässt. Eine räumliche Bildinformation kann dabei beispielsweis ein als 3D-Bild dargestelltes Bild sein, welches einem Betrachter eine detaillierte Information über die Topographie des Betrach tungsbereichs liefert. Weiterhin kann eine solche Räumliche Information auch daraus entste hen, dass beispielsweise einem Betrachter für ein jeweiliges Auge die jeweilige Bildinforma tion zugeleitet wird, sodass das eigentliche „räumliche Bilden“ durch den Betrachter erfolgt, da dem Betrachter physiologisch ein räumliches Sehen suggeriert wird. Dies kann beispiels weise mittels einer VR-Brille (virtual reality Brille) erfolgen, der dann eine „duale Bildinfor mation“ im Sinne der obigen Beschreibung zugeleitet wird.
[20] „Physiologischer Parameter“ des Betrachtungsbereiches sind vorliegend beispiels weise Sauerstoffkonzentrationen, Fettanteile, Durchblutungswerte, Hämoglobinkonzentratio nen oder auch ein Wasseranteil in beispielsweise einem betrachteten Organ und/oder dem Ge webe des jeweiligen Organs im Betrachtungsbereich. Solche physiologischen Parameter sind beispielsweise mittels entsprechender Lichtspektren ermittelbar, indem ein Absorptionsgrad für einen entsprechenden Wellenlängenbereich eines Lichtspektrums analysiert und daraus auf einen entsprechenden physiologischen Parameter zurückgeschlossen wird. So ist bei spielsweise eine bestimmte Absorptionswellenlänge einer Hämoglobinkonzentration zugeord net, eine andere Absorptionswellenlänge einem Wassergehalt oder eine dritte Absorptions wellenlänge einem Sauerstoffgehalt im Blut.
[21] Ein „Filter“ ist ein optisches Bauteil und kann damit Teil der bezeichneten Optik sein. Ein Filter wirkt dabei insbesondere derart, dass bestimmte Wellenlängenbereiche eines voll ständigen Lichtspektrums gedämpft oder reduziert oder hindurchgelassen oder auch vollstän dig an einem weiteren Verlauf entlang des optischen Weges gehindert werden. In diesem Zu sammenhang weist ein solches Filter ein entsprechendes „Filterspektrum“ auf, welches analog eines Lichtspektrums die jeweilige Intensität hindurchgelassener oder zurückgehaltener Wel lenlängen des Filters beschreibt. In diesem Zusammenhang wird sowohl von einem Transmis sionsfilterspektrum gesprochen, welches den hindurchgelassenen Intensitätsanteil im jeweili gen Lichtspektrum beschreibt, als auch von einem Rückhaltegrad, welcher angibt, welcher Anteil vom Filter nicht hindurchgelassen wird. In diesem Zusammenhang sind beispielsweise sogenannte Verlaufsfilter bekannt, welche über eine Filterfläche kontinuierlich veränderliche Filterwirkung aufweisen. Weiterhin sind sogenannte Kantenfilter bekannt, welche relativ trennscharf voneinander getrennte Spektralbereiche jeweils zurückhalten oder durchlassen. [22] Eine „gefilterte Bildinformation“ ist dabei eine Bildinformation, welche das jeweilige Filter durchlaufen hat und damit um die gemäß dem jeweiligen Filterspektrum festgelegten Wellenlängenanteile bereinigt oder reduziert ist.
[23] Ein „Spektralbereich“ ist in diesem Zusammenhang ein Abschnitt oder ein Teilbereich eines entsprechenden Filterbereichs oder Lichtspektrums.
[24] Eine „zusätzliche Bildinformation“ ist beispielsweise eine bildliche Darstellung oder eine analog dazu angelegte elektronische Aufbereitung dieser bildlichen Darstellung, welche einem Betrachter einen Rückschluss auf physiologische Parameter im Betrachtungsbereich gibt. Beispielsweise ist eine solche zusätzliche Bildinformation ein Falschfarbenbild oder eine zahlenmäßige Anzeige entsprechender physiologischer Parameter zu entsprechenden Bild punkten oder Pixeln. Insbesondere kann daher auch ein angezeigter Zahlenwert zu einem bei spielsweise durch einen Bediener ausgewählten Pixel zu einem bestimmten physiologischen Parameter gemeint sein.
[25] Um eine Vielzahl von physiologischen Parametern ermitteln zu können und/oder auch mihels unterschiedlicher Lichtspektren unterschiedlicher Lichtquellen zuverlässig bestimmte physiologische Parameter ermitteln zu können, weist die medizinische Bildgebungsvorrich- tung eine dritte Lichtquelle mit einem dritten Lichtspektrum, eine vierte Lichtquelle mit ei nem vierten Lichtspektrum und/oder weitere Lichtquellen mit weiteren Lichtspektren auf, wo bei die jeweilige Lichtquelle derart eingerichtet ist, dass diese den Betrachtungsbereich mit dem jeweiligen, insbesondere an die physiologischen Parameter angepassten, Lichtspektrum beleuchtet.
[26] In einer Ausführungsform sind das erste Filterspektrum und das zweite Filterspektrum voneinander unterschiedlich, sodass der erste Filter und der zweite Filter unterschiedliche Fil terspektren aufweisen.
[27] Mihels dieser Anordnung wird ermöglicht, dass die medizinische Bildgebungsvorrich- tung besonders einfach aufgebaut sein kann. Durch unterschiedliche erste Filter und zweite Filter kann eine Synergie der im ersten optischen Weg und der im zweiten optischen Weg er mittelten Parameter erzeugt werden, sodass insbesondere mihels einer Differenzbildung der jeweiligen Bildinformationen sowohl eine stereoskopische, als auch räumlich Darstellung so wie auch eine Darstellung und/oder Analyse entsprechender physiologischer Parameter inner halb eines Bildes ermöglicht ist. [28] In einer Ausführungsform, die zudem eine Vereinfachung der vorig genannten Aus führung mit voneinander unterschiedlichen gestaltetem ersten Filterspektrum und zweitem Filterspektrum sein kann, ist das erste Filterspektrum oder das zweite Filterspektrum für das mit dem ersten Bildsensor oder für das mit dem zweiten Bildsensor aufnehmbare Bild im We sentlichen vollständig durchlässig ausgebildet.
[29] Somit können voneinander unterschiedliche Filterspektren dadurch realisiert werden, dass lediglich ein, spezifisch ausgewähltes, Filter verwendet wird und für den jeweils anderen Bildsensor ein Filter mit einem vollständig durchlässigen Filterspektrum verwendet wird, also im einfachsten Fall beispielsweise ein Abdeckglas.
[30] „Im Wesentlichen vollständig durchlässig“ beschreibt hierbei die Eigenschaft, dass das Filter derart durchlässig ist, dass die für den Bildsensor relevanten Wellenlängenbereiche vollständig durchgelassen werden. Beispielsweise ist ein solches Filter dann für einen Wellen längenbereich zwischen 400 nm und 900 nm vollständig durchlässig, wobei „im Wesentli chen“ hierbei technisch bedingte Abweichungen mit einschließt, also beispielsweise wellen längenabhängige Unterschiede in der Durchlässigkeit von 5 % oder 10 %, die insbesondere durch das verwendete Material und/oder andere optische Eigenschaften bedingt sind.
[31] Um hierbei auch zwischen dem jeweiligen Filter und einem entsprechenden Sensorfil ter synergetische Effekte nutzen zu können, ist das erste Filterspektrum und/oder das zweite Filterspektrum korrespondierend zum ersten Sensorfilter und/oder korrespondierend zum zweiten Sensorfilter ausgewählt, sodass mittels einer vom jeweiligen Sensorfilter abhängigen Empfindlichkeit in unterschiedlichen Spektralbereichen unterschiedliche Spektralbereiche des jeweiligen Bildes zum Erhalten einer zusätzlichen Bildinformation oder mehrerer zusätzliche Bildinformationen des Betrachtungsbereichs auswertbar sind.
[32] Somit kann beispielsweise eine hohe Empfindlichkeit des jeweiligen Bildsensors, wel cher abhängig vom jeweilig zugeordneten Sensorfilter ist, aus genutzt werden, um besonders betont ein dazu korrespondierendes Filterspektrum auswerten zu können. Beispielsweise wird hier eine hohe Empfindlichkeit des jeweiligen Bildsensors für ein Licht rötlicher Färbung der art genutzt, dass das jeweilige Filter mit seinem Filterspektrum genau eine dazu korrespondie rende Wellenlänge durchlässt, in einem entsprechenden Spektralbereich als eine hohe Trans mission aufweist. Analog gilt dies natürlich für andere für das menschliche Auge sichtbare oder unsichtbare Lichtspektren [33] In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Filter und/oder der zweite Filter dabei ein Kantenfilter oder ein Bandfilter.
[34] Ein „Kantenfilter“ weist zwei oder mehrere scharf voneinander getrennte Spektralbe reiche auf, in denen der Kantenfilter transmittiert, also durchlässig ist, oder absorbiert, also undurchlässig ist. Solche Kantenfilter sind dabei als sogenannter Hochpass, also mit einer Transmission in hohen Wellenlängenbereichen, oder als Tiefpass, also als Kantenfilter mit ei ner Transmission in niedrigen Wellenlängenbereichen, realisiert.
[35] Ein „Bandfilter“ ist ein entsprechender Filter, mehrere Kantenfilter umfasst, also bei spielsweise ein sogenanntes „Band“ von Spektralanteilen zwischen einer unteren Wellenlänge und einer oberen Wellenlänge transmittiert. Somit wird jeweils an der unteren Wellenlänge und an der oberen Wellenlänge mit einem jeweiligen Kantenfilter eine Trennung vorgenom men.
[36] In einer Ausführungsform weist zumindest eines der jeweiligen Lichtspektren eine Wellenlänge von 400 nm bis 940 nm, 400 nm bis 700 nm, 790 nm bis 850 nm, 400 nm bis 500 nm und/oder 740 nm bis 780 nm auf. Konkret wäre dabei beispielsweise eine Beleuch tung mit 940nm, eine Beleuchtung mit Weißlicht von 400nm bis 700nm, eine Beleuchtung mit 460nm oder eine Beleuchtung mit 770nm möglich. Hierbei ist für die vorliegenden Aus führungen insgesamt zu beachten, dass eine jeweilige Wellenlänge in jedem Falle eine Be zugswellenlänge, also eine „Nennwellenlänge“ beschreibt und beispielsweise einen Bereich abfallender Intensität von jeweils lOnm oder auch 20nm in eine ansteigende Richtung und auch eine absteigende Richtung einschließt. Dies ist insbesondere für die Beleuchtung mit LEDs oder vergleichbaren Lichtquellen relevant, da LEDs in der Regel kein Licht nur einer, scharf abgegrenzten Wellenlänge aussenden können sondern ein Spektrum mit einer um eine Nennwellenlänge abfallen verteilten Intensitätsverteilung erzeugen. Es sei hierzu angemerkt, dass der erfinderische Gedanke beispielsweise auch mit scharf abgegrenzter Laserstrahlung aus einem Laser mit einer bestimmten Wellenlänge umgesetzt werden kann, wobei ein solcher Laser einen deutlich engeren Bereich von beispielsweise +/- 2nm oder +/- 5nm um eine Nenn wellenlänge realisieren kann. Entsprechende Filter können dann mit einem engeren Filterbe reich ausgeführt sein, was insbesondere einen Einfluss auf eine Weißlichtbild für einen Be trachter minimiert. [37] Mit solchen jeweiligen spezifischen Licht-Wellenlängen können jedenfalls unter schiedliche Fluoreszenzstoffe, Gewebereaktionen oder Absorptionsverhalten des Gewebes ge zielt ausgenutzt werden.
[38] Um die medizinische Bildgebungsvorrichtung auch für eine Bildgebung im sichtbaren Bereich nutzen zu können und beispielsweise auch Spektralanteile einer optisch gleichmäßig sichtbaren Beleuchtung nutzen zu können, weist die medizinische Bildgebungsvorrichtung eine zusätzliche Lichtquelle zum Beleuchten des Betrachtungsbereiches mit Weißlicht auf.
[39] „Weißlicht“, welches auch „polychromatisches Licht“ genannt wird, beschreibt Licht, welches aus einer Mischung unterschiedlicher Farben, also einer Mischung aus unterschiedli chen Spektralanteilen besteht. Solches Licht wird daher auch als spektralbreitbandig beschrie ben. Solches Weißlicht kann dabei beispielsweise auch weißes Licht im Sinne von Tageslicht sein, jedoch auch jede andere Mischung von Lichtwellenlängen. Beispielsweise kann ein sol ches Weißlicht auch entsprechend zum Bestimmen von physiologischen Parametern geeignete Wellenlängen in überlagerter Form aufweisen.
[40] In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bilden der dualen Bildinformation ein Rekonstruieren einer Korrelation zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild anhand ei ner jeweiligen gefilterten ersten Bildinformation und gefilterten zweiten Bildinformation, wo bei das Rekonstruieren insbesondere anhand von Bildinformationen mit durch den ersten Fil ter und den zweiten Filter hindurchgelassenen Wellenlängenspektrums, insbesondere durch das Beleuchten mit Weißlicht, erfolgt.
[41] Ein „Rekonstruieren einer Korrelation“ beschreibt dabei das Zuordnen entsprechenden zu einem Bildpunkt im Betrachtungsbereich gehörigen Bildpunktes oder eine entsprechenden Teilinformation des ersten Bildes und des zweiten Bildes, womit beispielsweise ein Versatz des ersten Bildes zum zweiten Bild berechnet und als Korrektur für das Bilden der dualen Bil dinformation genutzt wird.
[42] Um die duale Bildinformation zusätzlich für ein Auswerten bezüglich einer Topogra phie oder einer räumlichen Information nutzen zu können, umfasst das Bilden der dualen Bil dinformation ein stereoskopisches Bilden einer räumlichen Bildinformation des Betrachtungs bereiches. [43] In einer weiteren Ausführungsform beleuchtet eine der Lichtquelle oder beleuchten mehrere der Lichtquellen den Betrachtungsbereich mit einem zu einem Hilfsstoff korrespon dierenden Lichtspektrum, sodass mittels des korrespondierenden Lichtspektrums ein opti sches Anregen eines Hilfsstoffes, insbesondere eines Fluoreszenzstoffes, ermöglicht ist, wo bei insbesondere das erste Filter und/oder das zweite Filter ein Filterspektrums aufweist oder aufweisen, welches an ein von dem angeregten Hilfsstoff, insbesondere Fluoreszenzstoff, aus gesandtes Lichtspektrum angepasst ist.
[44] Eine solche Anordnung kann beispielsweise dazu dienen, ein sogenanntes Fluores zenz-Bild, also beispielsweise ein Indocyangrün-Bild (ICG-Bild), zu erzeugen. Dabei wird ein Hilfsstoff, welcher beispielsweise ein Fluoreszenzstoff für ein ICG-V erfahren ist, in dem Be trachtungsbereich eingebracht. Dieser Hilfsstoff wird dann durch das zum Hilfsstoff korres pondierende Lichtspektrum angeregt und emittiert ein entsprechend vom Hilfsstoff ausge sandtes Lichtspektrum. Wird beispielsweise dieser Hilfsstoff als Fluoreszenzstoff einem Pati enten ins Blut verabreicht, so kann mittels des entsprechend ausgesandten Lichtspektrums des Hilfsstoffs nach Anregung eine Durchblutung festgestellt werden.
[45] Ein „Hilfsstoff ist dabei beispielsweise ein Medikament, welches einem Patienten vor dem Untersuchen mit einem Endoskop verabreicht wird und welches dann in den untersuch ten Organen angelagert wird und dort für das Auswerten bestimmter physiologischer Parame ter zur Verfügung steht. Ein Beispiel für einen solchen Hilfsstoff ist ein sogenanntes Kontrast mittel, welches in unterschiedlichen Ausführungen als medizinisches Produkt bekannt ist.
[46] Ein „Fluoreszenzstoff ‘ ist in diesem Zusammenhang ein Hilfsstoff, welcher auf ein einstrahlendes Lichtspektrum, das sogenannten „Anregungsspektrum“ mit dem Aussenden eines veränderten, charakteristischen Lichtspektrum reagiert. Ein „Fluoreszenzstoff ‘ nimmt also Licht bestimmter Wellenlängen auf und gibt als Reaktion darauf Licht einer gleichen oder anderen Wellenlänge wieder ab. Ein Beispiel hierfür sind Stoffe, die unter sogenanntem Schwarzlicht bläulich leuchten. Solche Stoffe sind in unterschiedlicher Ausprägung und mit unterschiedlichen Leuchtfarben im medizinischen wie auch im nicht-medizinischen Bereich bekannt.
[47] Weist oder weisen dabei das erste Filter und/oder das zweite Filter ein Spektrum auf, welches an das von dem angeregten Hilfsstoff ausgesandte Lichtspektrum angepasst ist, so kann eine entsprechende „Antwort“, also beispielsweise die Fluoreszenzreaktion des Hilfsstoffes oder Fluoreszenzstoffes, mittels eines entsprechenden Filters klar abgegrenzt und um schädliche Spektralanteile bereinigt ausgewertet werden. Insbesondere filtert das Filter da bei Spektralanteile der Lichtquelle, welche zum Anregen des Hilfsstoffes dienen, heraus. Da mit wird ein möglichst ungestörtes Auswerten der Fluoreszenzreaktion ermöglicht.
[48] Um spezifisch zu entsprechenden physiologischen Parametern eine Beleuchtung des Betrachtungsbereiches umzusetzen, ist einer Lichtquelle oder einer jeweiligen Lichtquelle ein Anregungsfilter zugeordnet, wobei das Anregungsfilter von der Lichtquelle ausgesandtes Licht derart filtert, dass das Beleuchten des Betrachtungsbereichs mit einem zum Hilfsstoff korrespondierenden Lichtspektrum ermöglicht ist.
[49] Ein solches Anregungsfilter kann dabei beispielsweise als Bandfilter derart ausgestal tet sein, dass lediglich ein schmales, den Hilfsstoff anregendes Spektralband hindurchgelassen wird. Somit ist ein zielgerichtetes Anregen des Hilfsstoffs, beispielsweise des Fluoreszenz stoffs, ermöglicht.
[50] In einer weiteren Ausführungsform weist die medizinische Bildgebungsvorrichtung eine Auswerteeinheit auf, welche zum Aus werten des ersten Bildes und/oder des zweiten Bil des bezüglich eines OHI-, TWI-, STO2- und/oder eines NIR-Index eingerichtet ist, sodass ein Hämoglobingehalt, ein Wassergehalt, eine Sauerstoffkonzentration und/oder ein Vorhanden sein eines Hilfsstoffs, insbesondere eines Fluoreszenzstoffes, bestimmbar ist.
[51] Eine solche „Auswerteeinheit“ weist dabei beispielsweise einen Speicher auf, in wel chen ein Verfahren zum Auswerten der medizinischen Bildgebungsvorrichtung hinterlegt ist. Weiterhin kann die Auswerteeinheit einen Prozessor oder Microcontroller aufweisen, wobei mit dem Prozessor oder dem Microcontroller das Verfahren zum Auswerten ausführbar ist.
[52] Um einem entsprechenden Bediener beispielsweise sowohl die stereoskopische Bildin formation als auch weitere Bildinformationen angenehm und auswertbar darzustellen, weist die medizinische Bildgebungsvorrichtung eine Anzeigeeinheit auf, welche zum gleichzeiti gen, überlagerten und/oder korrelierten Anzeigen der ersten Bildinformation, der zweiten Bil dinformation, der stereoskopisch gebildeten räumlichen Bildinformation und/oder der zusätz lichen Bildinformation eingerichtet ist.
[53] Eine solche „Anzeigeeinheit“ ist dabei beispielsweise ein PC, ein Minicomputer oder ein Bildschirm mit einem entsprechenden Prozessor, welcher sowohl die erste Bildinformation, die zweite Bildinformation, eine daraus gebildete räumliche Bildinformation und/oder auch eine zusätzliche Bildinformation in Form beispielsweise eines Hämoglobin gehaltes des Betrachtungsbereiches anzeigen kann. Ein solcher Hämoglobingehalt wird dabei beispielsweise entsprechend jedem Pixel als Farbbild den anderen Bildinformationen überla gert. Die Anzeigeeinheit kann dabei auch die Auswerteeinheit in sich aufweisen, so dass keine getrennten Geräte für die Anzeigeeinheit und die Auswerteeinheit notwendig sind.
[54] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung eine Spitze eines medizinischen Stereo-Endoskops, Figur 2 eine schematische Darstellung der Spitze des medizinischen Stereo-Endoskops der Figur 1 in einer geschnittenen Seitenansicht,
Figur 3 ein Diagramm bezüglich unterschiedlicher Absorptionsraten physiologischer Pa rameter eines Beispielgewebes,
Figur 4 ein Diagramm bezüglich unterschiedlicher Farbempfindlichkeiten eines Bildauf nahmechips,
Figur 5 ein Diagramm eines Filterspektrums eines beispielhaften Filters für die Spitze des Stereo-Endoskops der Figur 1 und 2, sowie
Figur 6 ein Diagramm zur zeitlichen Abfolge von Beleuchtungsschemata für das Stereo- Endoskop.
[55] Ein Stereo-Endoskop 101 weist eine Spitze 103 auf. Die Spitze 103 ist dabei aus ei nem ersten Teil 105 und einem zweiten Teil 115 gebildet. Der erste Teil 105 nimmt dabei sämtliche Bauteile für einen ersten optischen Weg einer stereoskopischen Betrachtung auf, der zweite Teil 115 sämtliche Bauteile für einen zweiten optischen Weg für eine stereoskopi sche Betrachtung.
[56] Der erste Teil 105 weist dazu eine Linse 106 auf, welcher eine einfallende Bildinfor mation durch ein Filter 121 auf einen Bildsensor 123 leitet. Mittels dieser aus der Linse 116 und dem Filter 121 gebildeten Optik wird das Bild eines in einem Betrachtungsbereich 160 hegenden beispielhaften Organs 150 während eines chirurgischen Eingriffs auf dem Bildsensor 123 abgebildet.
[57] Analog dazu wird im zweiten Teil 115 mittels einer Linse 116 und einem Filter 131 ein zweites Bild des Organs 150 im Betrachtungsbereich 160 auf einem Bildsensor 133 abgebildet. Die Linse 106, der Filter 121 sowie der Bildsensor 123 liegen dabei auf einer opti schen Achse 125, die Linse 116, der Filter 131 sowie der Bildsensor 133 liegen entlang einer optischen Achse 135. Die Linse 106 sowie die Linse 116 blicken dabei parallel zueinander auf das Organ 150, sodass mittels des ersten Teils 105 und des zweiten Teils 115 in einer entspre chenden Auswerteeinheit (nicht dargestellt) oder in einer VR-Brille (nicht dargestellt) ein ste reoskopisches Bild des Organs 150 im Betrachtungsbereich 160 erzeugbar ist. Dazu wird die auf dem Bildsensor 123 erzeugte Bildinformation und die auf dem Bildsensor 133 erzeugte Bildinformation an die Auswerteeinheit (nicht dargestellt) geleitet und zu einem dualen Bild rekonstruiert, wobei der Versatz zwischen den beiden Bildern herausgerechnet wird, um je weilige Informationen aus den Bildern auf einen entsprechenden Punkt auf dem Organ 150 beziehen zu können. In diesem Zusammenhang wird auch von der Rekonstruktion der Dispa rität gesprochen. Dies erfolgt in der Regel auf der Grundlage eines Weißlicht-Bildes und auf der Grundlage einer jeweiligen Kalibrierung des Bildsensors 123 und des Bildsensors 133.
[58] Zum Beleuchten des Organs 150 im Betrachtungsbereich 160 sind am ersten Teil 105 LEDs 107 sowie 108 angeordnet. Weiterhin sind am zweiten Teil 115 LEDs 109 sowie 110 angeordnet. Die LEDs 107, 108, 109 sowie 110 sind dabei nur geometrisch am ersten Teil 105 und am zweiten Teil 115 angeordnet und geben zunächst keine konkrete Zuordnung zu den jeweiligen optischen Achsen 125 und 135 vor. Dabei sind die LEDs 107, 108, 109 sowie 110 als schmalbandige LEDs in der genannten Reihenfolge zum Beleuchten des Organs 150 im Betrachtungsbereich 160 mit den Wellenlängen 450 nm, 580 nm, 700 nm und 800 nm aus gewählt und eingerichtet. Als schmalbandig wird hier eine Halbwertsbreite von weniger als 20 nm, beispielsweise weniger als lOnm bezeichnet, wobei dies je nach Anwendungsfall und gewünschter Präzision entsprechender Aufnahmen variieren kann. Weitere LEDs zur Be leuchtung des Organs 150 können beispielsweise Wellenlängen von 460nm, 660nm, 765nm oder auch 940nm aussenden (diese LEDs nicht dargestellt). Auch hier sind die Angaben zu Wellenlängen mit den oben beschriebenen Halbwertsbreiten und/oder Abweichungen bezüg lich einer konkret angegebenen Wellenlänge zu verstehen, sodass beispielsweise eine Anpas sung der angegebenen 765nm auf 770nm möglich ist, wenn beispielsweise damit eine deutli chere oder präzisere Reaktion eines beleuchteten Gewebes erzielt werden kann.
[59] Das Filter 121 sowie das Filter 131 weisen voneinander unterschiedliche Filterspek tren auf. In einer Alternativen kann auch nur das Filter 121 oder nur das Filter 131 vorhanden sein, wobei die jeweilige andere optische Achse dann kein Filter aufweist. In diesem Beispiel ist das Filter 131 vollständig durchlässig, also optisch ohne Einfluss.
[60] Ein Diagramm 301 weist eine Wellenlängenachse 303 sowie eine Intensitätsachse 305 auf. Das Diagramm 301 beschreibt dabei für unterschiedliche Gewebebestandteile des Ob jekts 150 deren Absorptionsraten im Bezug zur jeweiligen Lichtwellenlänge. Dazu ist die In tensität auf einer Intensitätsachse 305 gegenüber der Wellenlänge auf der Wellenlängenachse 303 aufgetragen. Es zeigen hierin eine Absorptionskurve 311 die Absorption von Wasser, eine Absorptionskurve 313 die Absorption von deoxygeniertem Blut, die Absorptionskurve 315 die Absorption von oxygeniertem Blut sowie die Absorptionskurve 317 die Absorption von Fettgewebe, jeweils in Bezug zur jeweiligen Lichtwellenlänge auf der Wellenlängenachse 303.
[61] Ein Diagramm 401 weist eine Wellenlängenachse 403 sowie eine Intensitätsachse 405 auf. Das Diagramm 401 beschreibt eine sogenannte RGB-Empfindlichkeit eines Bildsensors, also beispielsweise des Bildsensors 123 und/oder des Bildsensors 133. Der Bildsensor 123 und der Bildsensor 133 sind dabei als Bildsensoren mit einem Bayer-Filter eingerichtet, so- dass unterschiedliche Teilpixel unterschiedliche Farbinformationen zu jedem Pixel mit den im Diagramm 401 gezeigten Sensitivitätskurven für unterschiedliche Farben aufnehmen können. In diesem Zusammenhang wird im Folgenden auch von „Kanälen“ gesprochen, also einem „rot(en) Kanal“, einem „grün(en) Kanal“ und einem „blau(en) Kanal“, wobei jeweils der Empfmdlichkeitsschwerpunkt für R(rot), G (grün) und B(blau) des jeweiligen Teilpixels be zeichnet ist. Dabei ist analog zum Diagramm 301 eine Intensität auf der Intensitätsachse 405 über eine Wellenlänge auf der Wellenlängenachse 403 aufgetragen. Eine Sensitivitätskurve 411 beschreibt dabei die Empfindlichkeit eines Bildsensors im blauen Kanal, eine Sensitivi tätskurve 413 im gelben Kanal sowie eine Sensitivitätskurve 415 im roten Kanal für einfallen des Licht. Es ist hier qualitativ erkennbar, dass eine j eweilige Sensitivitätskurve ein lokales Maximum bezüglich eines entsprechenden Wellenlängenbereichs aufweist, also für die Aus wertung bezüglich einer jeweiligen Farbe besonders empfindlich ist. Allerdings werden bei spielsweise auch in der Sensitivitätskurve 413 erkennbar andere als gelbe Farblichtinformatio- nen aufgenommen und in ein entsprechendes, schwächeres Signal umgesetzt. Gleiches gilt für die anderen Sensitivitätskurven zu anderen Farben analog.
[62] Ein Diagramm 501 weist eine Wellenlängenachse 503 sowie eine Transmissionsachse 505 auf. Das Diagramm 501 beschreibt dabei beispielshaft die Transmission, also Durchlässigkeit, eines entsprechenden Filters, wie beispielsweise des Filters 121 oder des Fil ters 131. Eine Transmissionskurve 511 hat dabei ein ausgeprägtes Durchlassspektrum 521, ein ausgeprägtes Blockierspektrum 522 sowie ein ausgeprägtes weiteres Durchlassspektrum 523. Somit ist der dem Diagramm 501 zugrundeliegender Filter ein Doppelbandpassfilter. Hierbei wird der Wellenlängenbereich zwischen ca. 450nm und ca. 650nm sowie zwischen ca. 820nm und ca. 950nm hindurchgelassen, übrige Wellenlängenbereiche werden nahezu vollständig blockiert. „Vollständig“ beschreibt hier eine signifikante, technisch sinnvolle Schwächung des durchgelassenen Lichts mit einem Faktor von beispielsweise mehr als 100 gegenüber einem Hindurchlassen, oder beispielsweise auch einem Faktor von mehr als 1000.
[63] Ein Ablaufdiagramm 601 zeigt den zeitlichen Ablauf einer Beleuchtungssequenz für das Stereo-Endoskop 101. Dabei werden Weißlichtphasen 611 und MSI-Phasen 613 abwech selnd angesteuert. In der Weißlichtphase erfolgt ein Beleuchten des Organs 150 mit Weißlicht mittels einer weiteren LED (nicht dargestellt), in der MSI-Phase 613 mittels der beschriebe nen Lichtwellenlängen für das Multi-Spektral-Imaging (MSI) mittels der LEDs 105, 108, 109 und 110. Die unterschiedlichen Phasen werden dabei abwechselnd entlang einer Zeitachse 631 angesteuert, und zwar jeweils mit einer Belichtungszeit von ca. 25ms für das MSI und ca. 8ms für das Weißlicht im vorliegenden Beispiel. Es erfolgt dabei ein zeitlich abgestimmtes Auswerten des Bildsensors 123 und des Bildsensors 133, so dass eine Zuordnung der Signale des jeweiligen Bildsensors zur jeweiligen Phase entlang der Zeitachse 631 möglich ist. In ei ner MSI-Phase 613 erfolgt auch die Rekonstruktion der Disparität der beiden unterschiedli chen Bilder wie oben beschrieben.
[64] Der Einsatz des Stereo-Endoskops 101 zum Bestimmen bestimmter physiologischer Parameter des Organs 150 und für den Betrachter gleichzeitigen Bestimmen von ICG-Para- metem soll nun im Folgenden beschrieben sein:
[65] Es wird hierbei von der Anordnung des Filters 121 entlang der optischen Achse 125 ausgegangen, wobei das Filter 121 ein ICG-Filter, also ein Filter zum Bestimmen einer In- digo-Cyan-Grün-Fluoreszenz eines entsprechenden Hilfsstoffes im Organ 150 ist. Das Filter 121 verhält sich gemäß der Transmissionskurve 511 des Diagramms 501, lässt also Lichtwel lenlängen zwischen ca. 400nm und ca. 650nm sowie Lichtwellenlängen zwischen ca. 820nm und ca. 950nm größtenteils passieren. Übrige Wellenlängen werden nahezu vollständig zu rückgehalten und dringen dabei nicht in signifikantem Maß auf den Bildsensor 123 vor. Ent lang der optischen Achse 135 ist in diesem Beispiel das Filter 131 als vollständig transparentes Filter 131 ausgestalte, also optisch nicht relevant, sodass ungefilterte Bildinfor mationen des Organs 150 auf den Bildsensor 133 treffen.
[66] In aufeinander folgenden Frames der Bildaufnahme mittels dem Bildsensor 123 und mittels dem Bildsensor 133 wird dann in direkt hintereinander sowohl ein IGC-Wert bestimmt als auch physiologische Parameter des Organs 150. Mittels eines Umschaltens der Beleuch tung mittels der LEDs wird hierbei bewirkt, dass wechselweise die notwendige Beleuchtung für das ICG-Bild und für das MSI-Bild sichergestellt ist. Das Umschalten erfolgt gemäß dem Ablaufdiagramm 601 und so kurzzeitig, dass es von einem Betrachter nicht wahrgenommen wird. Damit wird auch erreicht, dass bei einem Bewegen des Endoskops im Betrachtungs raum 160 keine Bewegungs-Artefakte durch das Umschalten der Beleuchtung und das wech selweise Auslesen der Bildsensoren 123 und 133 entstehen. Diese würden insbesondere bei der Stereo-Rekonstruktion der beiden erzeugten Bilder zueinander entstehen.
[67] Aus den unterschiedlichen Beleuchtungen gemäß dem Ablaufdiagramm 601 und dem Unterschied zwischen dem Filter 121 und dem freien Weg für das Licht entlang des Weges, an dem das Filter 131 vollständig durchlässig ist, können in Zusammenhang mit der Sensitivi- tät des jeweiligen Bildsensors bezüglich unterschiedlicher Wellenlängen beispielhaft folgende Informationen nahezu zeitgleich ausgelesen und/oder berechnet werden. Dies erfolgt in einer jeweiligen MSI-Phase der Beleuchtung und sei in diesem Zusammenhang anhand eines paral lelen Bestimmens eines Hämoglobin Index (OHI) und eines Sauerstoff- Sättigungs -Indes (ST02) erläutert:
[68] Ein Auswerten des Rot-Kanals des Bildsensors 123 liefert dazu eine gemessene Inten sität bei 580nm, dahier die Empfindlichkeit des jeweiligen rotempfmdlichen Teilpixels des jeweiligen Bildsensors für die Lichtwellenlänge von 580nm am größten ist. Weiterhin erreicht das Licht mit 580nm sowohl den Bildsensor 123 als auch den Bildsensor 133, da das Filter 121 gemäß Diagramm 301 auch durchlässig für diese Lichtwellenlänge ist. Im Bildsensor 133 wird auf dem jeweiligen roten Teilpixel die Intensität für 580nm, 700nm und auch 800nm be stimmt.
[69] Ein Auswerten des Grün-Kanals des Bildsensors 123 liefert eine gemessene Intensität bei 450nm und bei 580nm. Weiterhin erreicht das Licht mit 450nm und 580nm sowohl den Bildsensor 123 als auch den Bildsensor 133, da das Filter 121 gemäß Diagramm 501 auch durchlässig für diese Lichtwellenlänge ist. Licht der Wellenlänge 700nm wird vom Filter 121 blockiert, Licht der Wellenlänge würde wiederum 800nm durchgelassen (vgl. Diagramm 501), wird hier jedoch nicht ausgelesen. Im Bildsensor 133 wird auf dem jeweiligen grünen Teilpixel die Intensität für 450nm, 580nm, 700nm und auch 800nm bestimmt. Es sei darauf hingewiesen, dass eine entsprechende Wellenlänge hierbei selbstverständlich auch eine ge wisse Halbwertsbreite von beispielsweise 15nm mit einschließt, die „Wellenlänge“ ist hier als Nennwellenlänge zu verstehen. Für das Verständnis der Erfindung wird hier jedoch von „Wellenlänge“ mit einer angenommen klaren Trennschärfe gesprochen, die in der technischen Realität eine gewisse Abweichung umfasst.
[70] Ein Auswerten des Blau-Kanals des Bildsensors 123 liefert dazu eine gemessene In tensität bei 450nm. Das Licht mit 450nm erreicht den Bildsensor 123, da das Filter 121 ge mäß Diagramm 301 auch durchlässig für diese Lichtwellenlänge ist. Im Bildsensor 133 wird auf dem jeweiligen blauen Teilpixel die Intensität für 450nm und auch 800nm bestimmt.
[71] Zusammengefasst hegen mit dem Bildsensor 123 folgende Intensitäten bestimmt vor: mit dem roten Kanal für 580nm, mit dem grünen Kanal für 450nm und für 580nm sowie mit dem blauen Kanal für 450nm.
[72] Zusammengefasst hegen mit dem Bildsensor 133 folgende Intensitäten bestimmt vor: mit dem roten Kanal für 580nm, für 700nm sowie für 800nm, mit dem grünen Kanal für 450nm, für 580nm, für 700nm und für 800nm sowie mit dem blauen Kanal für 450nm und für 800mm.
[73] Zum Bestimmen der physiologischen Parameter, in diesem Beispiel OHI und St02, werden nun die unterschiedlichen Informationen miteinander kombiniert und damit nutzbar gemacht:
[74] An einer Stützstelle bei 450nm wird der blaue Kanal des Sensors 123 dazu genutzt, eine Kontrolle der im folgenden bestimmten Parameter vorzunehmen. Diese Lichtwellenlänge hegt sowohl für den OHI-Wert (Hämoglobin) als auch für den ST02-Wert (Sauerstoffsätti gung) am sogenannten isosbestischen Punkt. Dieser isosbestische Punkt ist charakteristisch dafür, dass die gemessene Intensität bei dieser Wellenlänge nicht oder nur in sehr geringem Maße vom Sauerstoffgehalt im Betrachtungsbereich abhängig ist. Dies kann dazu genutzt werden, um zwischen Veränderungen im OHI-Wert und im St02-Wert zu unterscheiden. [75] An einer Stützstelle von 580nm wird mittels des roten Kanals des Sensors 123 der OHI-Parameter bestimmt. Bei dieser Lichtwellenlänge liegt sowohl die Sensitivitätskurve 415 als auch die Absorptionskurve der jeweiligen Hämoglobinparameter an einem Maximum, so dass ein Bestimmen des OHI-Wertes zuverlässig und mit guter Trennschärfe zu anderen Wel lenlängenbereichen möglich ist.
[76] An einer Stützstelle bei einer Lichtwellenlänge von 700nm erfolgt das Bestimmen des ST02-Wertes mittels einer Berechnung. Hierzu ist zu beachten, dass der Bildsensor 123 auf Grund des Filters 121 mit der Transmissionskurve 511 keine Bildinformation zur Lichtwel lenlänge von 700nm erhält. Deshalb erfolgt eine Berechnung der zu Grunde gelegten Lichtin tensität jeweiliger Kanäle des jeweiligen RGB-Bildsensors gemäß:
[77] P(R2)-R1 -P(B2)+B 1 Wobei gilt:
RI: Intensität des roten Kanals des Bildsensors 123 R2: Intensität des roten Kanals des Bildsensors 133 Bl: Intensität des blauen Kanals des Bildsensors 123 B2: Intensität des blauen Kanals des Bildsensors 133 P: Projektions Vorschrift (Korrekturfaktor für die Disparität)
[78] Dabei erfolgt ein Herleiten der Projektionsvorschrift P aus der Rekonstruktion der Dis parität wie oben beschrieben. Der Faktor P beschreibt dabei Intensitätsunterschiede zwischen dem Bild des Bildsensors 123 und dem Bild des Bildsensors 133 für jeweilige Pixel.
[79] Weiterhin kann ein ST02-Wert und ein OHI-Wert bestimmt werden mittels der Ab hängigkeit:
[80] P(B2)-B1
[81] Solche Stützstellen sind vorliegend Wellenlängenbereiche, welche aus den im Dia gramm 301 gezeigten Absorptionskurven 311, 313, 315 und 317 so gewählt sind, dass aus je weils einer, zwei oder mehrerer Stützstellen eine Aussage über beispielsweise den Hämoglob- ingehalt im Organ 123 ermöglicht ist. [82] In jeweilen ICG-Phasen gemäß Ablaufdiagramm 601 erfolgt mittels des Bildsensors 123 ein Bestimmen der ICG-Parameter, also der Fluoreszenzantwort des Organs 150. Hierzu wird eine Anregung mit einer Lichtwellenlänge von 700nm, wobei eine Fluoreszenz mit einer Lichtwellenlänge von ca. 600nm erfolgt. Das Filterspektrum des Filters 121 ist dabei gemäß der Transmissionskurve 511 so gewählt, dass der störende Einfluss des Lichtes der LED 109 mit 700nm herausgefiltert wird, das Licht gemäß der Fluoreszenz bei ca. 600nm jedoch na hezu ungehindert auf den Bildsensor 123 fällt, sodass eine möglichst exakte Auswertung der Fluoreszenz zum Durchführen der IGC-Untersuchung ermöglicht ist.
[83] Insgesamt ist damit in direkter zeitlicher Nähe entsprechender Frames während der Bildaufnahme mittels des Bildsensors 123 und des Bildsensors 133 ein nahezu paralleles Be stimmen sowohl der physiologischen Parameter mihels MSI als auch der Parameter einer ICG-Untersuchung möglich, wobei Bewegungsartefakte bestmöglich verhindert sind.
[84] Für die folgenden, ergänzenden Beispiele sei der Bildsensor 123 als „linker“ Kanal und der Bildsensor 133 als „rechter“ Kanal bezeichnet.
[85] Ein Diagramm 701 weist eine Wellenlängenachse 703 sowie eine Intensitätssachse 705 auf. Das Diagramm 701 beschreibt dabei beispielhaft die Transmission, also Durchlässig keit, eines entsprechenden Filters, wobei das Filterverhalten mit einer Transmissionskurve 711 beschrieben ist. Die Transmissionskurve 711 stellt ein Durchlassspektrum 721 des ent sprechenden Filters dar, und zwar im Falle des Diagramms 701 für den linken Kanal eines Stereo-Endoskops .
[86] Zudem weist das Diagramm 701 eine Beleuchtungskurve 741 zur Darstellung der Be leuchtung des Betrachtungsbereiches 160 mit Weißlicht sowie eine Beleuchtungskurve 743 zur Darstellung der Beleuchtung des Betrachtungsbereichs 160 mit sichtbarem Rotlicht als Anregungslicht. Dabei stellt das Durchlassspektrum 721 sicher, dass entlang des vollständig entlang der Wellenlängenachse 703 dargestellten Spektrums von etwa 400 nm bis etwa 1.000 nm sämtliche Wellenlängenbereiche hindurchgelassen werden und mit dem entsprechenden Bildsensor aufnehmbar sind.
[87] Analog dazu zeigt ein Diagramm 702 mit einer Wellenlängenachse 704 und einer In tensitätsachse 706 die Gegebenheit für den rechten Kanal, nämlich eine Transmissionskurve 712, die ein Durchlassspektrum 722 von etwa 400 nm bis etwa 640 nm, ein Blockierspektrum 724 von etwa 640 nm bis etwa 680 nm sowie daran anschließend ein Durchlassspektrum 726 von etwa 680 nm bis etwa 1.000 nm zeigt. In Zusammenhang mit der Beleuchtungskurve 741 sowie der Beleuchtungskurve 743, die auch im Diagramm 702 dargestellt sind, ist damit er sichtlich, dass insbesondere der wesentliche Anteil der sichtbaren Rotlicht-Beleuchtung sowie ein entsprechender Rotbereich der Weißlichtbeleuchtung herausgefiltert werden. Diese Wel lenlängenbereiche sind daher für einen entsprechenden rechten Kanal nicht erkennbar.
[88] Eine Bildgebung mit entsprechend sichtbarem Rotlicht wird sodann analog zu dem Ablaufdiagramm 601, jedoch mit wechselweiser Beleuchtung mit Weißlicht sowie sichtbaren Rotlicht mit 660 nm Wellenlänge für eine Rotlicht-Fluoreszenz in aufeinanderfolgenden Fra mes der Bildgebung durchgeführt. Eine optische Antwort des Organs 150 erfolgt dabei auf das Anregungslicht mit 660 nm mit einer Wellenlänge von etwa 700 nm und auch größeren Wellenlängen. In einem ersten Frame, in dem dabei eine Beleuchtung mit Weißlicht, also Licht einer Wellenlänge zwischen 400 nm und 700 nm erfolgt, wird im linken Kanal ein voll ständiges Weißlichtbild ohne Beeinflussung durch einen Filter, nämlich analog zum Durch lassspektrum 721, sichtbar. Im rechten Kanal wird hingegen durch das Blockierspektrum 724 der Rotanteil zwischen 640 nm und 680 nm des Weißlichts herausgefiltert. Durch entspre chende Grünanteile und auch Blauanteile eines entsprechenden Bildes aus dem rechten Kanal sowie dem vollständig vorhandenen Bild des linken Kanals kann dann eine Rekonstruktion des Bildes durch eine Korrelation von entsprechenden Bildpunkten erfolgen. Diese Korrela tion erfolgt dabei mit bekannten Verfahren, beispielsweise einem Pixelvergleich, einer Ver gleichssuche nach geometrischen Anordnungen im Bild oder dergleichen. Damit kann die Disparität zwischen unterschiedlichen Bildern herausgerechnet werden. Es erfolgt damit eine sogenannte Stereorekonstruktion. Ein entsprechender Wellenlängenbereich zwischen 640 nm und 680 nm, also insbesondere der Rotanteil des Bildes ohne diskrete Auflösung einzelner Wellenlängen, aus dem linken Kanal analog zu Diagramm 701 kann dann mit dieser Stereore konstruktion auf den rechten Kanal umgerechnet werden und ergänzt entsprechende Bildan teile rechnerisch, sodass auf beiden Kanälen ein entsprechendes Weißlichtbild innerhalb des entsprechenden Frames sichtbar ist, also beispielsweise einem Bediener ein vollständiges Ste reobild mit Weißlichtbeleuchtung dargestellt werden kann.
[89] In einem zweiten Frame, der dem soeben beschriebenen Frame folgt, erfolgt dann eine Beleuchtung mit sichtbarem Rotlicht der Wellenlänge 660 nm für eine Rotlicht-Fluoreszenz.
[90] Im linken Bild ist dann ein entsprechender Rotlicht-Fluoreszenzanteil bei etwa 700 nm so schwach, dass dieser durch entsprechende Lichtanteile überblendet wird, beziehungsweise aufgrund eines Signal -Rausch-Verhältnisses und einem dementsprechend schwachen Fluores zenzsignals nicht wahrnehmbar ist.
[91] Im rechten Kanal ist hingegen durch das klare Herausfiltem des Rotlicht- Anregungs lichts von 660 nm eine entsprechende Rotlicht-Fluoreszenz sichtbar, wobei das Fluoreszenz signal durch die vorab beschriebene Stereorekonstruktion nun vom rechten Kanal auf den lin ken Kanal umgerechnet werden kann und somit auch eine Darstellung des Fluoreszenzsignals auf beiden Kanälen für einen Bediener möglich ist. Durch eine entsprechend schnelle Abfolge von Frames und der jeweils wechselweisen Beleuchtung mit Weißlicht und mit sichtbarem Rotlicht können somit für einen Bediener die jeweiligen Bilder jeweils stereoskopisch darge stellt werden.
[92] Analog dazu kann dieses Ausgestaltungsbeispiel anstatt mit einer Rotlicht-Fluoreszenz mit einer sogenannten Fluorescein-Fluoreszenz durchgeführt werden, wobei entsprechende Filter auf das entsprechende Anregungslicht abgestimmt sind. In diesem Fall kann dann der rote Kanal zur Pixelkorrelation und zur Stereorekonstruktion verwendet werden, wobei ein grüner Kanal und ein blauer Kanal rechnerisch wechselweise ersetzt werden.
[93] Ein weiteres Beispiel sei wie folgt beschrieben:
[94] Ein Diagramm 801 mit einer Wellenlängenachse 803 und einer Intensitätsachse 805 zeigt eine Transmissionskurve 811 für den linken Betrachtungskanal. Die Transmissionskurve 811 weist ein Durchlassspektrum 821 zwischen 400 nm und 440 nm auf, an das sich durch Blockierspektrum 823 von 440 nm bis 480 nm anschließt. Daraufhin weist die Transmissions kurve 811 wiederum ein Durchlassspektrum 825 zwischen 480 nm und 750 nm auf, ein an schließendes Blockierspektrum 827 filtert Licht zwischen 750 nm und 790 nm heraus, wobei ein Durchlassspektrum 829 oberhalb von 790 nm wiederum Licht hindurchlässt. Weiterhin sind analog zum Diagramm 701 und 702 eine Beleuchtungskurve 841 für Weißlicht, eine Be leuchtungskurve 843 für sichtbares Rotlicht, eine Beleuchtungskurve 845 für Indocyangrün- Anregungslicht, eine Beleuchtungskurve 847 für Multispektralbeleuchtung sowie eine Be leuchtungskurve 849 für Fluorescein-Beleuchtung dargestellt.
[95] Analog dazu sind diese jeweiligen Beleuchtungskurven auch in einem Diagramm 802 für den rechten Kanal dargestellt, wobei das Diagramm 802 eine Wellenlängenachse 804 und eine Intensitätsachse 806 aufweist. Eine Transmissionskurve 812 stellt die Filtereigenschaften eines entsprechenden Filters für den rechten Kanal dar, nämlich ein Durchlassspektrum 822 zwischen 400 nm und 640 nm, ein Blockierspektrum 824 zwischen 640 nm und 680 nm ange passt an das Anregungslicht im sichtbaren Rotbereich, sowie ein Durchlassspektrum 826 zwi schen 680 nm und 1.000 nm.
[96] Analog zum anhand der Diagramme 701 und 702 erläuterten Beispiel, kann auch hier eine wechselweise Beleuchtung zwischen Weißlicht und sichtbarem Rotlicht für eine Rot licht-Fluoreszenz erfolgen, wobei analog dazu eine entsprechende Umrechnung der jeweils in den Kanälen herausgefilterten Lichtmenge erfolgt. Damit ist also auch bei der Filteranord nung gemäß Diagramm 801 und 802 eine Rotlichtfluoreszenz in Kombination mit einer Weißlichtbildgebung in stereoskopischer Darstellung möglich.
[97] Ebenso kann eine Beleuchtung wechselweise mit Weißlicht sowie mit Anregungslicht für eine Indocyangrün-Fluoreszenz erfolgen, wobei dieses Anregungslicht dann mit 765 nm oder beispielsweise auch 770nm Wellenlänge je nach verwendetem Indocyangrün-Fluores- zenzstoff ausgebildet ist. Es erfolgt wiederum eine Beleuchtung mit Weißlicht sowie mit In- docyangrün-Fluoreszenzanregungslicht in unterschiedlichen, aufeinander folgenden Frames, wobei bei der Weißlichtbeleuchtung im linken Bild Weißlicht ohne Blauanteil und im rechten Bild Weißlicht ohne Rotanteil erscheint. Mittels der Grünanteile des linken und des rechten Bildes kann dann eine Stereorekonstruktion analog der obigen Ausführungsform beschrieben werden. Der Rotanteil des linken Bildes kann rechnerisch damit auf das rechte Bild übertra gen werden, der Blauanteil des rechten Bildes rechnerisch auf das linke Bild, sodass ein voll ständiges, stereoskopisches Weißlichtbild entsteht.
[98] In der Zeit, in der eine Beleuchtung mit Indocyangrün- Anregungslicht mit 765 nm oder 770nm erfolgt, kann im linken Bild eine Indocyangrün-Fluoreszenz zwischen 790 bis 850 nm wahrgenommen werden. Im rechten Bild wird dann das Anregungslicht vollständig aufgenommen sowie ein im Vergleich sehr geringer Anteil Indocyangrün-Fluoreszenz, der im rechten Bild damit im Rauschen untergeht. Der Indocyangrün- Anteil des Fluoreszenzsignals kann sodann vom linken auf den rechten Kanal übertragen werden, und zwar anhand der Ste reorekonstruktion, die im Weißlichtframe erfolgt.
[99] Analog dazu kann eine nahezu gleichzeitige Darstellung eines Weißlichtbildes sowie eines Fluorescein-Fluoreszenzbildes erfolgen, indem im ersten Frame eine Weißlichtbeleuch tung erfolgt, das linke Bild ohne Blauanteil sowie das rechte Bild ohne Rotanteil aufgenommen wird und eine entsprechende Korrelation, Stereorekonstruktion sowie Übertra gung entsprechender Farbanteile analog dem vorigen Beispiel erfolgt.
[100] In einem darauffolgenden Frame wird sodann eine Fluorescein- Anregung mit 460 nm vorgenommen, wobei eine entsprechende Fluoreszenz bei 500 nm im linken Bild wahrnehm bar ist. Im linken Bild ist dafür das Fluorescein-Anregungslicht von 460 nm herausgefiltert.
[101] Im rechten Bild ist das Anregungslicht bei 460 nm sichtbar, dies dargestellt mit der Beleuchtungskurve 849. Ein Fluoreszenzanteil bei 500 nm wird zwar im rechten Kanal aufge nommen, ist jedoch deutlich schwächer als andere Signale und geht daher im Rauschen unter. Das Fluorescein-Fluoreszenzsignal kann dann vom linken Bild in das rechte Bild durch Transformation analog des vorigen Stereorekonstruktionsabgleichs erfolgen.
[102] Analog dazu kann auch ein nahezu gleichzeitiger Betrieb von Weißlichtbildgebung und Multispektralbildgebung erfolgen, wobei in einem ersten Frame die Weißlichtbeleuch- tung analog obiger Ausführung erfolgt, wobei auch hier eine Stereorekonstruktion und die Übertragung der entsprechenden Farbabteile zwischen den Bildern erfolgt.
[103] In einem weiteren Frame wird dann für eine Multispektral-Analyse mit Wellenlängen von 660 nm und 940 nm schmalbandig beleuchtet, wobei im linken Bild das Reflexionsspekt rum sowohl von 660 nm als auch von 940 nm sichtbar ist. Eine Spektraltrennung kann dann durch das Aufnahmeverhalten der RGB-Sensoren erfolgen. Weiterhin können MSI-Parameter berechnet werden.
[104] Im rechten Kanal wird das Reflexionsspektrum von 940 nm wahrgenommen, wobei das Multispektral-Signal vom linken Kanal auf den rechten Kanal durch eine Transformation aus dem Weißlichtframe übertragen werden kann. Damit ist im jeweiligen Modus eine quasi gleichzeitige Darstellung einer Weißlichtbildgebung in stereoskopischer Darstellung, als auch eine entsprechende Gewebeanalyse möglich, sofern entsprechende Frames oberhalb einer von einer Person wahrnehmbaren Frequenz nachfolgend aufeinander dargestellt werden.
[105] Ein weiterer, kombinierter Modus soll ebenfalls in Bezug zu den Diagrammen 801 und 802 erläutert werden:
[106] Es erfolgt hier in einem ersten Frame die Beleuchtung mit Weißlicht mit den entspre chenden Übertragungen von Spektralanteilen, einer Stereorekonstruktion und entsprechender Korrelation von linkem zu rechtem Bild anhand des Grünanteils. Weiterhin kann eine Trans formation des Rotanteils sowie des Blauanteils anhand der obigen Beispiele erfolgen.
[107] In einem weiteren Frame kann dann eine Beleuchtung mit 660 nm als mögliche Multi- spektral-Wellenlänge, als auch als Beleuchtung mit sichtbarem Rotlicht für eine Rotlicht-Flu oreszenz erfolgen, wobei die Auswertung analog der obig dargelegten Vorgehensweise er folgt.
[108] Ein weiterer Frame nutzt dann beispielsweise eine Beleuchtungswellenlänge von 765 nm, die dann beispielsweise zur Multispektralanalyse genutzt werden kann.
[109] Kemgedanke bei diesen Ausführungsbeispielen ist jeweils, entsprechende Bildanteile für beispielsweise Gewebeanalysen von einem Kanal auf den jeweils anderen Kanal zu über tragen und damit eine scheinbare stereoskopische Darstellung dieser Analyse-Bilder zu er möglichen, indem beispielsweise eine Stereorekonstruktion aus einem Weißlichtbild für eine rechnerische Korrelation entsprechender Kanäle genutzt wird. Analog dazu kann auch die Übertragung von entsprechenden Farbanteilen aus j eweiligen Weißlichtbildem unterschiedli cher Kanäle mit unterschiedlichem Transmissionsverhalten der entsprechenden Filter dazu ge nutzt werden, ein vollständiges stereoskopisches Weißlichtbild zu rekonstruieren.
[110] Es sei an dieser Stelle daraufhingewiesen, dass die zur Beleuchtung verwendeten LEDs einzeln oder auch in ihrer Gesamtheit durch jeweilige Laser substituiert werden können und beispielsweise eine Beleuchtung mit sehr schmalbandigem Licht um 460nm und 660nm mit entsprechenden Lasern statt mit LEDs ausgeführt wird. Analog zu den Blockierspektren 823 und 827 könnten dann sehr schmalbandige Filter, nämlich sogenannten Notch-Filter ver wendet werden. Vorteilhaft ist hierbei, dass zumindest für das Weißlichtbild die herausgefil terten Spektren des Anregungslichtes so schmalbandig sind, dass sogar auf eine Rekonstruk tion des Weißlichtbildes für diese schmalen Wellenlängenbereiche verzichtet werden kann und dennoch ein optisch ansprechendes Weißlichtbild erzeugt wird, in dem die fehlenden schmalbandigen Wellenlängenbereiche für einen Betrachter nicht erkennbar sind. Bezugszeichenliste
101 Stereo-Endoskop 415 Sensitivitätskurve 103 Spitze 501 Diagramm
105 Erster Teil 503 Wellenlängenachse
106 Linse 505 Transmissionsachse
107 LED 511 Transmissionskurve
108 LED 521 Durchlassspektrum
109 LED 522 Blockierspektrum
110 LED 523 Durchlassspektrum
115 Zweiter Teil 601 Ablaufdiagramm
116 Linse 611 Weilichtphase 121 Filter 613 MSI-Phase
123 Bildsensor 631 Zeitachse 125 optische Achse 701 Diagramm 131 Filter 702 Diagramm 133 Bildsensor 703 Wellenlängenachse 135 optische Achse 704 Wellenlängenachse 150 Organ 705 Intensitätsachse
160 Betrachtungsbereich 706 Intensitätsachse 301 Diagramm 711 Transmissionskurve 303 Wellenlängenachse 712 Transmissionskurve 305 Intensitätsachse 721 Durchlassspektrum 311 Absorptionskurve 722 Durchlassspektrum 313 Absorptionskurve 724 Blockierspektrum 315 Absorptionskurve 726 Durchlassspektrum 317 Absorptionskurve 741 Beleuchtungskurve 401 Diagramm 743 Beleuchtungskurve 403 Wellenlängenachse 801 Diagramm 405 Intensitätsachse 802 Diagramm 411 Sensitivitätskurve 803 Wellenlängenachse 413 Sensitivitätskurve 804 Wellenlängenachse Intensitätsachse Intensitätsachse Transmissionskurve Transmissionskurve Durchlassspektrum Durchlassspektrum Blockierspektrum Blockierspektrum Durchlassspektrum Durchlassspektrum Blockierspektrum Durchlassspektrum Beleuchtungskurve Beleuchtungskurve Beleuchtungskurve Beleuchtungskurve

Claims

Patentansprüche:
1. Medizinische Bildgebungsvorrichtung (101), insbesondere Stereo-Endoskop oder Ste- reo-Exoskop, mit einer ersten Lichtquelle (107) mit einem ersten Lichtspektrum und einer zweiten Lichtquelle (108) mit einem zweiten Lichtspektrum, einem ersten opti schen Weg (125) mit einer ersten Optik (106) und einem ersten Bildsensor (123) mit einem ersten Sensorfilter und einem zweiten optischen Weg (135) mit einer zweiten Optik (116) und einem zweiten Bildsensor (133) mit einem zweiten Sensorfilter, wo bei sich der jeweilige optische Weg (125, 135) zwischen einem Betrachtungsbereich (160) und dem jeweiligen Bildsensor (123, 133) erstreckt und der erste optische Weg (125) und der zweite optische Weg (135) räumlich zueinander versetzt angeordnet sind, sodass der erste Bildsensor (123) mittels des ersten optischen Weges (125) ein erstes Bild und der zweite Bildsensor (133) mittels des zweiten optischen Weges (135) ein zweites Bild des Betrachtungsbereiches (160) aulnimmt und das erste Bild und das zweite Bild zum Bilden einer dualen Bildinformation in einem überlagerten Bild ei nander zugeordnet werden, wobei die jeweilige Lichtquelle (107, 108) dazu eingerich tet ist, den Betrachtungsbereich (160) mit dem jeweiligen Lichtspektrum zu beleuch ten, sodass physiologische Parameter des Betrachtungsbereiches (160) in Abhängig keit vom jeweiligen Lichtspektrum bestimmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste optische Weg (125) ein erstes Filter (121) mit einem ersten Filterspektrum (511) aufweist und/oder der zweite optische Weg (135) ein zweites Filter (131) mit ei nem zweiten Filterspektrum aufweist, sodass aus einer gefilterten Bildinformation im ersten Bild und/oder einer gefilterten Bildinformation im zweiten Bild unterschiedli che Spektralbereiche des jeweiligen Bildes zum Erhalt einer zusätzlichen Bildinforma tion oder mehrerer zusätzlicher Bildinformationen zu den physiologischen Parametern im Betrachtungsbereich auswertbar sind.
2. Medizinische Bildgebungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte Lichtquelle (109) mit einem dritten Lichtspektrum, eine vierte Lichtquelle (110) mit einem vierten Lichtspektrum und/oder weitere Lichtquellen mit weiteren Lichtspektren, wobei die jeweilige Lichtquelle (109, 110) derart eingerichtet ist, dass diese den Betrachtungsbereich mit dem jeweiligen, insbesondere an die physiologi schen Parameter angepassten, Lichtspektrum beleuchtet.
3. Medizinische Bildgebungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filterspektrum und das zweite Filterspektrum voneinander unterschiedlich sind, sodass das erste Filter (121) und das zweite Filter (131) unter schiedliche Filterspektren aufweisen.
4. Medizinische Bildgebungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filterspektrum oder das zweite Filterspektrum für das mit dem ersten Bildsensor oder für das mit dem zweiten Bildsensor aufnehmbare Bild im Wesentli chen vollständig durchlässig ausgebildet ist.
5. Medizinische Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filterspektrum und/oder das zweite Filters pektrum korrespondierend zum ersten Sensorfilter und/oder zum zweiten Sensorfilter ist, sodass mittels einer vom jeweiligen Sensorfilter abhängigen Empfindlichkeit in unterschiedlichen Spektralbereichen unterschiedliche Spektralbereiche des jeweiligen Bildes zum Erhalt einer zusätzlichen Bildinformation oder mehrerer zusätzlicher Bild informationen des Betrachtungsbereiches auswertbar sind.
6. Medizinische Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filter (121) und/oder das zweite Filter (131) ein Kantenfilter oder ein Bandfilter ist.
7. Medizinische Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der jeweiligen Lichtspektren eine Wellenlänge von 400nm bis 940nm, 400nm bis 700nm, 790nm bis 850nm, 400nm bis 500nm und/oder 740nm bis 780nm aufweist.
8. Medizinische Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Lichtquelle zum Beleuchten des Betrachtungs bereiches mit Weißlicht.
9. Medizinische Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden der dualen Bildinformation ein Rekonstru ieren einer Korrelation zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild anhand einer jeweiligen gefilterten Bildinformation umfasst, wobei das Rekonstruieren insbeson dere anhand von Bildinformationen mit durch den ersten Filter und den zweiten Filter hindurchgelassene Wellenlängenspektrums, insbesondere durch das Beleuchten des Betrachtungsbereiches mit Weißlicht, erfolgt.
10. Medizinische Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bilden der dualen Bildinformation ein stereoskopi sches Bilden einer räumlichen Bildinformation des Betrachtungsbereiches umfasst.
11. Medizinische Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Lichtquellen (107, 108, 109, 110) oder meh rere der Lichtquellen (107, 108, 109, 110) den Betrachtungsbereich (160) mit einem zu einem Hilfsstoff korrespondierenden Lichtspektrum beleuchtet, sodass mittels des korrespondierenden Lichtspektrums ein optisches Anregen eines Hilfsstoffes, insbe sondere eines Fluoreszenzstoffes, ermöglicht ist, wobei insbesondere das erste Filter (121) und/oder das zweite Filter (131) ein Filterspektrum aufweist oder aufweisen, welches an ein von dem angeregten Hilfsstoff, insbesondere Fluoreszenzstoff, ausge sandtes Lichtspektrum angepasst ist.
12. Medizinische Bildgebungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass einer Lichtquelle (107, 108, 109, 110) oder einer jeweiligen Lichtquelle (107, 108, 109, 110) ein Anregungsfilter zugeordnet ist, wobei der Anregungsfilter von der jeweiligen Lichtquelle (107, 108, 109, 110) ausgesandtes Licht derart filtert, dass das Beleuchten des Betrachtungsbereichs (160) mit einem zum Hilfsstoff korres pondierenden Lichtspektrum ermöglicht ist.
13. Medizinische Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit, welche zum Auswerten des ersten Bildes und/oder des zweiten Bildes bezüglich eines OHI-, TWI-, St02- und/oder eines NIR- Index eingerichtet ist, sodass ein Hämoglobingehalt, ein Wassergehalt, eine Sauer stoffkonzentration und/oder ein Vorhandensein eines Hilfsstoffs, insbesondere eines Fluoreszenzstoffes, bestimmbar ist.
14. Medizinische Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinheit, welche zum gleichzeitigen, überlagerten und/oder korrelierten Anzeigen der ersten Bildinformation, der zweiten Bildinforma tion, der dualen Bildinformation, der stereoskopisch gebildeten räumlichen Bildinfor mation und/oder der zusätzlichen Bildinformation eingerichtet ist.
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