DE102007038859A1

DE102007038859A1 - Verfahren und Anordnung zur Erzeugung eines dem Öffnungszustand der Stimmlippen des Kehlkopfes entsprechenden Signals nach Patent...(Patentanmeldung 10 2006 008 990.1)

Info

Publication number: DE102007038859A1
Application number: DE102007038859A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Czaniera
Original assignee: Atmos Medizintechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Atmos Medizintechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2027-08-17
Also published as: DE102007038859B4; US20090054790A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines dem Öffnungszustand der Stimmlippen des Kehlkopfes entsprechenden Signals, bei welchem die Stimmlippen mittels einer Lichtquelle beleuchtet und mittels eines Endoskopes optisch beobachtet werden und ein durch die Stimmlippenbewegung moduliertes Signal, das Stimmlippensignal, dargestellt und/oder aufgezeichnet wird, nach Patent ... (Patentanmeldung Nr. 102006008990.1), wobei die Stimmlippen mit Licht mit einer Wellenlänge größer als 600 nm oder mit Rotlicht beleuchtet werden und wobei das durch die Stimmlippenbewegung modulierte Licht, das Stimmlippenlicht, von einem Sensor empfangen und zur Erzeugung eines visualisierbaren Stimmlippensignals detektiert wird, und gleichzeitig zur Beobachtung der Stimmlippen sichtbares infrarotlicht- bzw. rotlichtarmes Licht verwendet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung eines dem Öffnungszustand der Stimmlippen des Kehlkopfes entsprechenden Signals nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens
Gemäß der Erfindung nach dem Hauptpatent (der Hauptpatentanmeldung) wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem die Stimmlippen zum einen mit Licht im nahen Infrarotlichtbereich (NIR-Licht) und zum anderen mit sichtbarem infrarotlichtfreien Licht beleuchtet werden. Das NIR-Licht wird hierbei von der Stimmlippenbewegung in seiner Intensität moduliert, von einem Sensor empfangen und zur Erzeugung eines visualisierbaren Stimmlippensignals detektiert. Um eine gleichzeitige endoskopische Beobachtung der Stimmlippen zu ermöglichen, ohne das Stimmlippensignal zu beeinträchtigen, wird infrarotlichtfreies Licht verwendet, so dass das Stimmlippensignal mit einfachen Mitteln von dem Bildsignal abgetrennt werden kann.
Die Verwendung von Licht im nahen Infrarotbereich ist deshalb besonders vorteilhaft, weil organisches Gewebe für dieses Licht besonders durchlässig ist. Je ferner das Infrarotlicht ist, desto schlechter durchdringt es wegen der H₂O-Absorption das Gewebe. In Richtung auf die sichtbaren Wellenlängen wird die Durchdringung immer schlechter, so dass bei einer Wellenlänge von 600 nm eine Grenze erreicht ist. Das bedeutet aber, dass das erfindungsgemäße Verfahren nach dem Hauptpatent grundsätzlich auch mit längerwelligen Licht noch funktionsfä hig ist, wobei es allerdings schwieriger ist, das von den Stimmlippen modulierte Licht, das Stimmlippenlicht, von der Beleuchtung zu unterscheiden.
Mit der Erfindung nach dem Zusatzpatent (der Zusatzpatentanmeldung) werden Maßnahmen vorgeschlagen, mit welchen das gemäß Anspruch 1 allgemeiner definierte Verfahren realisierbar ist.
Wie mit Anspruch 1 angegeben, ist die Erfindung bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff grundsätzlich realisierbar, wenn die Stimmlippen mit Licht mit einer Wellenlänge größer als 600 nm oder mit Rotlicht beleuchtet werden, wobei das durch die Stimmlippenbewegung modulierte Licht, das Stimmlippenlicht, von einem Sensor empfangen und zur Erzeugung eines visualisierbaren Stimmlippensignals detektiert wird, und wenn gleichzeitig zur Beobachtung der Stimmlippen sichtbares Licht verwendet wird, das zumindest infrarotlicht- bzw. rotlichtarm ist.
Nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 2 kann zur Unterdrückung von Störsignalen das Stimmlippenlicht moduliert und nach Empfang mittels des Sensors synchron demoduliert werden. Hierbei ist zu beachten, dass die Modulationsfrequenz deutlich größer sein muss als die Grundfrequenz des Stimmlippensignals, die bei etwa 1 kHz liegt.
Gemäß Anspruch 3 wird darum eine Modulationsfrequenz von mindestens 20 kHz vorgeschlagen. Die Auflösung des Stimmlippensignals verbessert sich mit zunehmender Modulationsfrequenz, wobei für Modulationsfrequenzen größer als 100 kHz der Aufwand recht erheblich ist.
Zur genauen Beobachtung der Bewegungsabläufe der Stimmlippen ist mit den Ansprüchen 2 und 3 des Hauptpatentes (der Hauptpatentanmeldung) vorgeschlagen, zur Beleuchtung der Stimmlippen eine stroboskopische Lichtquelle zu verwenden, welche mittels des Stimmlippensignals getriggert wird.
Das gleiche Ergebnis lässt sich nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 4 dieser Patentanmeldung bei Verwendung einer Videokamera erreichen, deren Kameraverschluss mittels des Stimmlippensignals getriggert wird. In diesem Fall werden die Stimmlippen statt mit geblitztem Licht mit konstantem Licht beleuchtet.
Diese Verfahrensweise eröffnet eine weitere, mit Anspruch 5 vorgeschlagene Möglichkeit, nach welcher zur Beleuchtung der Stimmlippen infrarotlichthaltiges kontinuierliches Licht verwendet und auf einen gesonderten Emitter zur Erzeugung des NIR-Lichtes verzichtet wird.
Wie mit Anspruch 10 des Hauptpatentes (der Hauptpatentanmeldung) vorgeschlagen, ist zu diesem Zweck der Sensor zum Empfang des Stimmlippensignals unterhalb des Kehlkopfes am Hals des Patienten anzubringen. Die Stimmlippen werden mit kontinuierlichem, auch Infrarotlichtanteile enthaltendem Licht beleuchtet, wobei der Shutter der Kamera von dem vom Sensor empfangenen Rot- bzw. Infrarotlichtanteil getriggert wird.
Allerdings muss eingeräumt werden, dass bei dieser Verfahrensweise Fremdstrahlungen, z. B. von Lampen, zu Störungen führen können. Diese können jedoch erforderlichenfalls dadurch kompensiert werden, dass die Endoskopbeleuchtung mit einer Frequenz moduliert wird, die für die Kamera zu hoch ist, so dass diese quasi ein kontinuierliches Licht empfängt. Durch Demodulation kann das Signal wieder hergestellt werden.
Auch bei Verwendung von stroboskopischen Lichtquellen ist es schwierig, ein verwertbares Stimmlippensignal zu erzeugen, da das Ausgangssignal des Sensors extrem hoch verstärkt werden muss.
Das vom Blitz der stroboskopischen Lichtquelle erzeugte Signal ist derart groß, dass der Sensor, obwohl er eigentlich nur für Infrarotlicht optimiert ist, auch auf sichtbares Licht reagiert. Außerdem erzeugen selbst LED's einen, wenn auch geringen, Anteil von Infrarotlicht. Damit stört das vom Blitz erzeugte Licht trotz aller Filter und selektiver Spiegel das Nutzsignal. Das ist zwar nicht nachteilig, da man im Nutzsignal den Zeitpunkt des Blitzes erkennen kann, was auch informativ ist, aber den Nachteil hat, nicht mehr mittels des Nutzsignals getriggert werden kann.
Zur Vermeidung dieses Nachteils werden zwei verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen.
Nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 6 werden Störungen in dem vom Sensor empfangenen Signal mittels elektronischer Mittel, nämlich mittels eines Track- and Holdverstärkers, kompensiert, welcher vom Stroboskopblitz gesteuert wird.
Besser ist es, wenn wie bei der Anordnung gemäß Anspruch 7 das Störsignal gar nicht weitergeleitet wird, sondern unmittelbar kompensiert wird. Dieser Vorschlag ist im Einzelnen nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
Eine weitere Variante einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 8, bei welcher zur Betrachtung der Stimmlippen eine Videokamera vorgesehen ist.
Während nach Anspruch 7 des Hauptpatentes (der Hauptpatentanmeldung) der Spiegel bzw. das Prisma in der Videokamera hinter der Kameraoptik angeordnet ist, lässt sich dieser Vorschlag auch dadurch realisieren, dass gemäß dem Vorschlag gemäß Anspruch 8 der Spiegel bzw. das Prisma vor der Kamera derart angeordnet ist, dass das durch die Endoskopoptik zugeleitete Stimmlippensignal durch Reflexion ausgekoppelt und dem Sensor zugeführt wird, während das sichtbare Licht dem Bildsensor der Videokamera zugeführt wird.
In der Zeichnung zeigen
1 schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung mit dem Kopf des Betrachters und dem Kopf des Patienten und
2 vergrößertes Detail aus 1.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 des Hauptpatentes (der Hauptpatentanmeldung) besteht die dargestellte Anordnung im Wesentlichen aus einem Endoskop 3, das in den Rachenraum des Patienten B eingeführt ist und mit welchem der Betrachter A, also z. B. der Arzt, die Stimmlippen 2 optisch beobachten kann. Von einer stroboskopischen Lichtquelle 7 erzeugtes Blitzlicht wird in den Beleuchtungseingang 4 des Endoskops eingespeist. Damit dieses Licht infrarot- bzw. rotlichtfrei ist, ist zwischen Lichtquelle 7 und Beleuchtungseingang 4 ein Infrarotlichtspiegel 5 angeordnet, welcher im Licht der Lichtquelle 7 enthaltenes Infrarotlicht reflektiert, also auskoppelt, und nur Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich passieren lässt.
Unterhalb des Kehlkopfes des Patienten B ist ein Licht im nahen Infrarotbereich, nämlich NIR-Licht, erzeugender Emitter 1 vorgesehen. Das von ihm erzeugte Licht durchdringt das Gewebe des Halses und beleuchtet die Luftröhre und damit die Stimmlippen 2 von unten. Dieses Licht durchdringt die Stimmlippen 2 je nach Öffnungszustand mehr oder weniger und gelangt so zum Endoskop 3. Es durchläuft den Beleuchtungslichtleiter des Endoskops 3 und gelangt über den Beleuchtungseingang 4 zum Infrarotlichtspiegel 5. Dieser reflektiert das aus dem Beleuchtungseingang 4 des Endoskops 3 austretende Infrarotlicht IRG auf den Infrarotlichtsensor 6. Da dieses Infrarotlicht IRG in seiner Stärke durch die Bewegung der Stimmlippenöffnung, der Glottos, moduliert ist, erzeugt der Sensor 6 ein der Stimmlippenbewegung entsprechendes Signal.
Anders als bei der Anordnung nach 4 des Hauptpatentes (der Hauptpatentanmeldung) ist gegenüber dem Sensor 6 ein zweiter gleichartiger Sensor 10 angeordnet, welcher das mittels des Spiegels 5 ausgekoppelte Blitzlicht mit parasitärem IR-Signal empfängt, während der Sensor 6 hauptsächlich das IR-Signal mit parasitärem Blitzlicht empfängt. Das Ausgangssignal des Sensors 10 wird nach geeigneter Verstärkung dem Ausgangssignal des Sensors 6 gegenphasig überlagert, wodurch die Störung durch den Blitz kompensiert wird. Dieses Signal wird der Auswerteeinheit 9 zugeführt, welche mit den Stimmlippensignalen getriggert wird.

1: Emitter
2: Stimmlippen
3: Endoskop
4: Beleuchtungseingang
5: Infrarotlichtspiegel
6: Sensor
7: Lichtquelle
8: Optik
9: Auswerteeinheit
10: Sensor
A: Betrachter
B: Patient

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines dem Öffnungszustand der Stimmlippen des Kehlkopfes entsprechenden Signals, bei welchem die Stimmlippen mittels einer Lichtquelle beleuchtet und mittels eines Endoskopes optisch beobachtet werden und ein durch die Stimmlippenbewegung moduliertes Signal, das Stimmlippensignal, dargestellt und/oder aufgezeichnet wird, nach Patent .... (Patentanmeldung Nr. 10 2006 008 990.1) dadurch gekennzeichnet, dass die Stimmlippen mit Licht mit einer Wellenlänge größer als 600 nm oder mit Rotlicht beleuchtet werden und dass das durch die Stimmlippenbewegung modulierte Licht, das Stimmlippenlicht, von einem Sensor empfangen und zur Erzeugung eines visualisierbaren Stimmlippensignals detektiert wird, wobei gleichzeitig zur Beobachtung der Stimmlippen sichtbares infrarotlicht- bzw. rotlichtarmes Licht verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterdrückung von Störsignalen das Licht zur Beleuchtung der Stimmlippen moduliert und nach Empfang mittels des Sensors synchron demoduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stimmlippenlicht mit einer Frequenz von mindesten 20 kHz moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem die Stimmlippen mittels einer Videokamera betrachtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Videokamera-Verschluss mittels des Stimmlippensignals getriggert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem der Sensor zum Empfang des Stimmlippensignals unterhalb des Kehlkopfes am Hals des Patienten angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stimmlippen mit kontinuierlichem, auch Infrarotlichtanteile enthaltendem Licht beleuchtet werden, wobei der Shutter der Kamera mit dem vom Sensor empfangenen Rot- bzw. Infrarotlichtanteil getriggert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Stimmlippen mittels einer von der Stimmlippenbewegung getriggerten stroboskopischen Lichtquelle beleuchtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass Störungen im dem vom Sensor empfangenen Signal mittels eines Track- and Holdverstärkers kompensiert werden, welcher vom Stroboskopblitz gesteuert wird.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem am Hals eines Patienten unterhalb des Kehlkopfes anbringbaren Emitter zur Beleuchtung der Stimmlippen und einem in den Rachen des Patienten einführbaren Endoskop, das dem Empfang der Stimmlippensignale, der Einspeisung von stroboskopischen, infrarot- bzw. rotlichtarmen Licht und der Beobachtung der Stimmlippen dient, wobei das Stimmlippenlicht auf der Lichtquellen- oder Kameraseite mittels eines für das infrarotlicht- bzw. rotlichtarme Licht durchlässigen, NIR- bzw. Rotlicht dagegen reflektierenden Spiegels bzw. Prismas ausgekoppelt und dem Sensor zugeführt wird, welcher zwischen der stroboskopischen Lichtquelle und dem Beleuchtungseingang der Endoskopoptik derart angeordnet ist, dass einerseits im Licht der Lichtquelle enthaltene Infrarot- bzw. Rotlichtstrahlung durch Reflexion unterdrückt wird und andererseits das durch die Endoskopoptik zugeleitete Stimmlippensignal durch Reflexion ausgekoppelt und dem Sensor zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber dem Sensor (6) auf der anderen Seite des reflektierenden Spiegels (5) ein zweiter gleicher Sensor (10) angeordnet ist, dessen Ausgangssignal durch Verstärkung dem Ausgangssignal des ersten Sensors (6) angepasst und diesem gegenphasig derart überlagert wird, dass Störungen durch Stroboskopblitze kompensiert werden.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher ein am Hals eines Patienten unterhalb des Kehlkopfes anbringbarer Emitter zur Beleuchtung der Stimmlippen und ein in den Rachen des Patienten einführbares Endoskop, das dem Empfang der Stimmlippensignale, der Einspeisung von rotlicht- bzw. infrarotlichtarmem Licht und der Beobachtung der Stimmlippen dient, das Licht zur Beleuchtung der Stimmlippen durch die Optik des Endoskopes geleitet und auf der Lichtquellen- oder Kameraseite mittels eines für das rotlicht- bzw. infrarotlichtarme Licht durchlässigen, das Stimmlippenlicht dagegen reflektierenden Spiegels bzw. Prismas ausgekoppelt und dem Sensor zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel bzw. das Prisma vor der Optik der mit dem Endoskop verbundenen Videokamera derart angeordnet ist, dass das durch die Endoskopoptik zugeleitete Stimmlippensignal durch Reflexion ausgekoppelt und dem Sensor zugeführt wird, während das sichtbare Licht dem Bildsensor der Videokamera zugeführt wird.