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Die Erfindung betrifft einen Videoadapter zur Kopplung eines Endoskops mit einem Kamerakopf.
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Endoskope werden in der Medizin verwendet, um schwer zugängliche Körperhöhlen zu untersuchen. Dazu weisen Endoskope einen langgestreckten Schaft auf, an dessen distalem Ende sich ein Objektiv befindet, um ein Bild von dem interessierenden Hohlraum aufzunehmen.
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Klassische Endoskope weisen zudem einen optischen Bildleiter auf, welcher das von dem Objektiv aufgenommene Bild über Linsensysteme oder Lichtleitfasern an das proximale Ende des Endoskops transportiert, wo es über ein Okular zur Verfügung gestellt wird. Üblicherweise erfolgt die Betrachtung des Bildes jedoch nicht mit dem bloßen Auge, sondern mittels eines Kamerakopfes, welcher mit dem Okular des Endoskops gekoppelt wird und das Bild in elektronische Videosignale umsetzt. Die Kopplung erfolgt zumeist über einen mechanischen Adapter.
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In jüngerer Zeit wird in der Medizin vermehrt Fluoreszenzendoskopie angewendet. Hierbei werden entweder natürliche Gewebsbestandteile durch Bestrahlung mit Anregungslicht zur Aussendung von Fluoreszenzlicht angeregt, oder es werden spezielle Fluoreszenzfarbstoffe in das interessierende Gewebe eingebracht, welche dann durch Anregungslicht aktiviert werden. Mittels der Fluoreszenzendoskopie können beispielsweise Gewebeläsionen wie Tumore bereits in frühem Stadium erkannt werden. Ebenso kann mittels der Fluoreszenzendoskopie die Perfusion behandelter Gewebe geprüft werden.
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Fluoreszenzlicht weist gegenüber dem in der Weißlichtendoskopie verwendeten Licht ein zu langen Wellenlängen hin verschobenes Spektrum auf, wobei sich ein relevanter Anteil des Fluoreszenzlichts im nicht sichtbaren NIR-Bereich befinden kann. Dies stellt sowohl an das Endoskop als auch an den Kamerakopf besondere Anforderungen. So muss das Endoskop über den erweiterten Wellenlängenbereich eine gute Farbkorrektur aufweisen, um scharfe Bilder zu liefern.
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Der Kamerakopf hingegen muss in der Lage sein, unterschiedliche Wellenlängen aus dem empfangenen Licht zu trennen, um ein Überblenden des in der Regel schwachen Fluoreszenzlichts durch stärkeres Weißlicht zu verhindern. Hierzu werden in manchen Kameraköpfen Prismensysteme verwendet, welche das Bildstrahlenbündel in mehrere Strahlenbündel mit unterschiedlichen Wellenlängen aufteilen. Solche Prismensysteme verlängern einen optischen Weg zwischen dem Bildsensor des Kamerakopfes und dem Okular des Endoskops. Kameraköpfe für die Fluoreszenzendoskopie sind daher oft Spezialanfertigungen, welche mit Endoskopen anderer Hersteller nicht kompatibel sind.
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Es besteht daher ein Bedarf für einen Videoadapter zur Kopplung eines Endoskops mit einem Kamerakopf, welcher hinsichtlich der beschriebenen Probleme verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Videoadapter zur Kopplung eines Endoskops mit einem Kamerakopf, umfassend: distale Kupplungsmittel zur Kopplung des Videoadapters mit einem Endoskop, proximale Kupplungsmittel zur Kopplung des Videoadapters mit einem Kamerakopf, und ein optisches System; wobei das optische System eingerichtet ist, ein okularseitig aus dem Endoskop austretendes Strahlenbündel umzuformen und in Richtung des Kamerakopfes auszugeben.
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Ein entsprechender Videoadapter kann zum einen eine mechanische Kopplung zwischen dem Endoskop und dem Kamerakopf bewirken, und zum anderen eine optische Anpassung bereitstellen. Dabei kann ein bildseitiger Arbeitsabstand des Videoadapters groß sein und beispielsweise bevorzugt wenigstens 25mm betragen. Als bildseitiger Arbeitsabstand im Sinne der Erfindung wird der Abstand zwischen einer bildseitigen Linsenoberfläche und einem bildseitigen Fokuspunkt des optischen Systems bezeichnet wird.
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Das optische System des Videoadapters kann drei optische Baugruppen umfassen, welche jeweils wenigstens eine Stablinse umfassen. Als Stablinse wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Linse verstanden, deren Länge wenigstens 8mm beträgt oder deren Länge wenigstens das 1,4-fache ihres Durchmessers beträgt. Wenigstens eine der optischen Baugruppen kann zusätzlich eine flache Linse umfassen, wobei unter einer flachen Linse jede Linse zu verstehen ist, welche nicht im Sinne der obigen Definition eine Stablinse ist. Eine erste optische Baugruppe kann eine flache Meniskuslinse und eine plano-konkave Stablinse umfassen. Eine zweite optische Baugruppe eine flache bikonvexe Linse und eine konkav-konvexe Stablinse umfassen. Eine dritte optische Baugruppe kann einen bikonvexen Achromaten oder Anachromaten und eine konkav-konvexe Stablinse umfassen. Der Achromat oder Anachromat ein Triplett aus zwei bikonvexen Linsen und einer dazwischen liegenden bikonkaven Linse sein.
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Durch die Verwendung von Stablinsen in dem Videoadapter wird die Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Toleranzen reduziert. Gleichzeitig vereinfacht die beschriebene Ausführung die Farbkorrektur. Mit einem entsprechenden optischen System lassen sich zusammen mit einem Endoskop und einem Kamerakopf über einen Wellenlängenbereich von 470nm bis 850nm axiale Farbfehler von weniger als 85µm und laterale Farbfehler von weniger als 85nm erreichen.
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In einer Ausführungsform kann sich der Videoadapter dadurch auszeichnen, dass die proximalen Kupplungsmittel einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt aufweisen, in dessen distalem Endbereich wenigstens zwei radial nach außen verlaufende Vorsprünge angeordnet sind. Diese Ausführung ermöglicht eine bajonettartige Kupplung des Videoadapters mit dem Kamerakopf, welche bei verschiedenen Kameraköpfen vorgesehen ist.
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Die distalen Kupplungsmittel des Videoadapters können eine topfartige Aufnahme für das Okular eines Endoskops aufweisen. Während manche Endoskope aufwendig ausgeführte Kupplungselemente im Bereich ihres Okulars aufweisen, bietet die topfartige Aufnahme eine einfache Möglichkeit, verschiedene Okulare aufzunehmen, so dass der Videoadapter eine variable Verwendung unterschiedlicher Endoskope mit einem Kamerakopf ermöglicht. Die distalen Kupplungsmittel können weiterhin ein Arretierungselement umfassen, welches aus distaler Richtung in die topfartige Aufnahme geschraubt wird, um das Okular des Endoskops zu arretieren. Dabei kann das Arretierungselement eine proximale Anschlagfläche aufweisen, welche mit bajonettartigen Vorsprüngen des Okulars zusammenwirkt, um das Okular zu arretieren. Auf diese Weise können auch Endoskope mit bajonettartigen Kupplungsmitteln ohne großen Aufwand mit dem Videoadapter verbunden werden.
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Das Arretierungselement kann zweiteilig ausgeführt sein vorzugweise aus zwei Halbschalen bestehen, welche von unterschiedlichen Seiten um das Endoskop gelegt werden. Auf diese Weise kann auch ein Endoskop angeschlossen werden, welches eine unregelmäßige Außenkontur aufweist und daher das Aufschieben des Arretierungselement aus distaler Richtung nach Art einer Überwurfmutter nicht zulässt.
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Das Arretierungselement kann in seiner inneren Oberfläche eine axial verlaufende Nut aufweisen, um einen Ausrichtungsstift des Endoskops aufzunehmen. Damit kann beispielsweise die Ausrichtung einer seitlichen Blickrichtung des Endoskops bezüglich des Videoadapters festgelegt werden. Die Aufnahme kann zudem mechanische Anschlagelemente umfassen, um eine Ausrichtung des Endoskops zu unterstützen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger beispielhafter Zeichnungen näher erläutert. Dabei sollen die hier gezeigten Ausführungsbeispiele lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung dienen, ohne diese einzuschränken.
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Es zeigen:
- 1: Ein Videoendoskopsystem;
- 2: Einen Videoadapter.
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1 zeigt ein Videoendoskopsystem 1, umfassend ein Endoskop 10, einen Kamerakopf 15, und einen Videoadapter 20. Der Videoadapter 20 ist vorgesehen, um das Endoskop 10 mit dem Kamerakopf 15 zu verbinden.
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Das Endoskop 10 weist einen langgestreckten Schaft 21 auf, an dessen distalem Ende ein nicht dargestelltes Objektiv vorgesehen ist. Das Objektiv dient dazu, ein Bild eines zu untersuchenden Hohlraums abzubilden, welches dann über nicht dargestellte optische Bildleiter zu einem Okular 22 des Endoskops 10 geleitet wird. Beleuchtungslicht kann über einen Lichtleiterstutzen 25 in das Endoskop 10 eingekoppelt werden und wird über nicht dargestellte Lichtleiter im Schaft 21 zum distalen Ende des Endoskops 10 geleitet, wo es zur Beleuchtung des zu untersuchenden Hohlraums abgestrahlt wird.
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Das Okular 22 dient dazu, den durch das Endoskop 10 verlaufenden Strahlengang so zu modifizieren, dass ein Bild des zu untersuchenden Hohlraums mit bloßem Auge oder mit einer Kamera betrachtet werden kann. Dazu wird in der Regel am proximalen Ende des Okulars ein paralleler Strahlengang ausgegeben.
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Um das Endoskop 10 mit mechanisch mit einer Kamera zu verbinden, sind am proximalen Ende des Okulars 22 mehrere flügelartige Fortsätze 26 vorgesehen, welche nach Art eines Bajonettverschlusses mit formkomplementären Aufnahmen einer Kamera in Eingriff gebracht werden können. Im dargestellten Beispiel sind aus Abbildungsgründen zwei Fortsätze 26 vorgesehen, es kann aber auch jede andere Anzahl verwendet werden. In vielen Fällen sind drei Fortsätze 26 vorgesehen. Im vorliegenden Beispiel ist weiterhin ein Ausrichtungsstift 27 am Okular 22 vorgesehen. Der Ausrichtungsstift 27 kann mit einer Aussparung einer Kamera zusammenwirken, um eine rotatorische Ausrichtung des Endoskops 10 festzulegen. Dies ist insbesondere bei schräg blickenden Endoskopen sinnvoll. Aus Gründen der Erkennbarkeit ist in 1 der Ausrichtungsstift 27 in einer Flucht mit einem der Fortsätze 26 dargestellt. Tatsächlich wird der Ausrichtungsstift 27 eher so platziert sein, dass er nicht mit einem der Fortsätze 26 fluchtet.
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Der Kamerakopf 15 des Videoendoskopsystems 1 weist einen Hauptköper 30 und einen distalen Koppelmechanismus 31 auf, um den Kamerakopf 15 mit einem Endoskop zu verbinden. In dem Hauptkörper 30 ist ein nicht dargestelltes Kameraobjektiv aufgenommen, welches ein von einem Endoskop abgegebenes Bildstrahlenbündel auf ein oder mehrere nicht dargestellte Videochips abbildet, um elektronische Videosignale zu generieren.
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Der Koppelmechanismus 31 weist eine Ausnehmung 32 auf, in welche ein Okular eines Endoskops eingeführt und bajonettartig verriegelt werden kann.
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Das Endoskop 10 und der Kamerakopf 15 des dargestellten Videoendoskopsystems 1 sind nicht ohne weiteres kompatibel zueinander, weil sie beispielsweise von unterschiedlichen Herstellern stammen, oder für unterschiedliche Untersuchungszwecke vorgesehen sind. Um das Endoskop 10 trotzdem mit dem Kamerakopf 15 verwenden zu können, ist der Videoadapter 20 vorgesehen. Dabei hat der Videoadapter 20 zwei Funktionen. Zum einen stellt er eine mechanische Kopplung bereit, und zum anderen sorgt er für eine optische Anpassung zwischen dem Endoskop 10 und dem Kamerakopf 15. Eine optische Anpassung kann insbesondere erforderlich sein, wenn das Endoskop 10 zur Beobachtung mit bloßem Auge geeignet ist und daher einen parallelen Strahlengang proximal von dem Okular 22 bereitstellt, während der Kamerakopf 15 zur Verwendung mit einem Endoskop vorgesehen ist, welches keinen parallelen Strahlengang bereitstellt.
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In 2 ist der Adapter 20 in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt. Der Adapter 20 umfasst ein Kupplungsgehäuse 50 und ein in einem Lagerrohr 51 aufgenommenes optisches System.
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Das optische System umfasst drei optische Baugruppen, die jeweils eine Stablinse 52, 53, 54 und wenigstes eine flache Linse 55, 56, 57a, 57b, 57c beinhalten. Die flache Linse 55 ist eine Meniskuslinse und bildet mit der plankonkaven Stablinse 52 die erste optische Baugruppe. Die flache Linse 56 ist eine bikonvexe Linse und bildet mit der konkav-konvexen Stablinse 53 die zweite optische Baugruppe. Die flachen Linsen 57a, 57b, 57c bilden einen bikonvexen Anachromaten und formen zusammen mit der konkav-konvexen Stablinse 54 die dritte optische Baugruppe. Der Anachromat dient zur Korrektur von Farbfehlern des optischen Systems in Verbindung mit dem Endoskop 10 und dem Kamerakopf 15.
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Das Lagerrohr 51 dient zur mechanischen Fixierung des optischen Systems, und kann beispielsweise aus einem Kunststoff wie PEEK bestehen.
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Das Kupplungsgehäuse 50 weist proximale Kupplungsmittel 60 auf, welche zur Kupplung des Videoadapters 20 mit dem Kamerakopf 15 vorgesehen sind. Die proximalen Kupplungsmittel umfassen einen rohrförmigen Abschnitt 61 und Flügelartige Vorsprünge 62 zur bajonettartigen Verbindung mit dem Koppelmechanismus 31 des Kamerakopfes 15.
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Das Kupplungsgehäuse 50 weist weiterhin distale Kupplungsmittel 65 zur Verbindung mit dem Okular 22 des Endoskops 10 auf. Die distalen Kupplungsmittel 65 umfassen eine topfartige Aufnahme 66, in welche das Okular 22 eingeführt werden kann.
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Da das Okular 22 des Endoskops 10 ebenfalls flügelartige Vorsprünge 26 zur bajonettartigen Verbindung mit einem Kamerakopf aufweist, könnten formkomplementäre Ausnehmungen in der topfartigen Aufnahme 66 vorgesehen werden. Allerdings sind entsprechende Ausnehmungen aufwendig zu fertigen, da sie in der Regel zusätzliche Arretierungsmittel wie federbelastete Kugelrasten oder ähnliches umfassen.
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Daher ist in dem Videoadapter 20 stattdessen ein Arretierungselement 70 auf, welches aus distaler Richtung in die topfartige Aufnahme 66 eingeschoben wird, um die flügelartigen Vorsprünge 26 des Okulars 22 zu übergreifen und zu fixieren. Durch das Arretierungselement 70 wird das Okular 22 ganz gegen den Boden der Aufnahme 66 gedrückt. Zur Fixierung kann das Arretierungselement 70 mit der topfartigen Aufnahme 66 verschraubt werden (nicht dargestellt).
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Manche Endoskope weisen, wie das Endoskop 10, distal vom Okular Erweiterungen wie den Lichtleitstutzen 25 auf. Daher kann das Arretierungselement 70 nicht immer von der distalen Seite her über das Endoskop geschoben werden. Aus diesem Grund ist das Arretierungselement 70 aus zwei Halbschalen 71, 72 zusammengesetzt, welche um das Okular 22 gelegt werden können, bevor dieses in die topfartige Aufnahme 66 eingeführt wird. Die Halbschale 72 weist zudem eine axiale Nut 73 auf, welche den Ausrichtungsstift 27 aufnehmen kann.
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Das Lagerrohr 51 ist in dem Kupplungsgehäuse 50 befestigt, beispielsweise durch Klebung. Dabei ist das Lagerrohr 51 so ausgerichtet, dass es leicht aus dem Boden der topfartigen Aufnahme 66 vorsteht, und auf diese Weise eine radiale Ausrichtung eines formkomplementären Vorsprungs des Okulars ermöglicht. Auf der proximalen Seite ragt das Lagerrohr 51 mit dem optischen System über die proximalen Kupplungsmittel 60 hinaus.
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Der hier beschriebene Videoadapter zeichnet sich durch eine unkomplizierte Herstellung, beispielsweise durch Spritzgießen der nicht optischen Komponenten, und eine gleichzeitige hohe optische Qualität aus, welche hauptsächlich aus der Verwendung der Stablinsen 52, 53, 54 resultiert.
