-
Rauschunterdrückungseinrichtung für ein Endoskop.
-
Die Erfindung betrifft eine Rauschunterdrückungseinrichtung für ein
Endoskop nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Die Rauschunterdrückungseinrichtung ermöglicht die Abbildung eines
klaren und unverfälschten Bildes auf einer Bildschirmeinheit, wenn das Endoskop
, das ein Festkörperaufnahmeelement aufweist, beispielsweise zusammen mit hochfrequent
betriebenen Werkzeugen zum Ein- und Ausschneiden eingesetzt wird, indem das Rauschen
eliminiert wird, das durch den Hochfrequenzstrom von der Stromquelle für den Antrieb
der hochfrequent betriebenen Werkzeuge zum Ein- und Ausschneiden auf das interne
Bildsignal einwirkt, das durch das Festkörperaufnahmeelement erhalten wird.
-
In herkömmlicher Weise besteht ein medizinisches Endoskop aus einem
harten Bauteil mit einem harten und halblinearen Einschubelement und einem weichen
Bauteil , dessen weiches Einschubelement beispielsweise in den menschlichen Körper
durch den Mund eingeschoben werden kann. Derartige Endoskope besitzen ein bildformendes
optisches System , das aus einer Objektlinse oder dergleichen Linsensystem an dem
Ende des Einschubelements besteht, um von innen her einen Gegenstand zu beobachten
und ein Bild zu formen.
-
Dieses bildformende optische System ermöglicht es, das Bild des Gegenstandes
durch ein Okular zu beobachten, indem das .geformte Bild an die BildS~hrungs-
stirnfläche
auf der Betriebsseite durch einen Kanal aus optischen Glasfasern übertragen wird,
der als Bildführung bezeichnet wird. Von der zur Hand befindlichen Betriebseinheit
wird das Beleuchtungslicht der LichtqueLleneinrichtung durch das Lichtführungskabel,
das gleichfalls aus dem optischen Glasfaserbündel besteht, auf den Gegenstand gestrahlt.
Das Einschubelement weist des weiteren einen Kanal zum Einführen von Pinzette und
Skalpell von der Betriebseinheit aus an das Ende des Einschubelements auf, so daß
es möglich ist, eine medizinische Behandlung und Biopsie während der Beobachtung
durch das Endoskop auszuführen.
-
In der Vergangenheit wurden Festkörperaufnahme elemente , wie beispielsweise
ladungsgekoppelte Einrichtungen (cd), Eimerkettenschaltungen (BBD) und Sensoren
vom MOS-Typ entwickelt, die das Gegenstandsbild in Form von elektrischen Signalen
einfangen und diese Festkörperaufnahmeeleiente werden am Ende des Einschiebelements
des Endoskops verwendet.
-
Wenn eine mit Hochfrequenz durchgeführte Ausbrenn- bzw. Wegätz- und
Ausschneidoperation und Biopsie unter Verwendung von hochfrequent betriebenen Werkzeugen
zum Ein- und Ausschneiden durchgeführt werden, weiterhin als Hochfrequenzskalpell
bezeichnet, mit Hilfe des Endoskops unter Einsatz eines zuvor beschriebenen Festkörperaufnahmeelements,
wird der Hochfrequenzstrom von der Ausbrenn- Stromquelle für das Hochfrequenzskalpell
als Rauschen dem Bildsignal überlagert, das durch das abtastende Festko#rperaufnahmeelement
gelesen wird, wodurch das Bild auf dem Bildschirm der Abbildungseinheit verschwommen
wird.
-
Die Frequenz des hochfrequenten Stromes, der für das Hochfrequenzskalpell
erzeugt wird, wird auf einen Wert eingestellt, der einen menschlichen Körper kaum
beeinflusst,
Die geeignete Frequenz liegt Ublicherweise bei 300 kHz oder höher. Das Farbsignal
des Bildsignals hat beispielsweise ein Frequenzband von 4,3 MHz. Somit überlappt
die Frequenz des hochfrequenten Stromes den unteren Bandbereich des Bildsignals.
Fig. 1 zeigt eine Spektrumsansicht aus der diese Beziehung ersichtlich ist, wobei
auf der Ordinatenachse die spektrale 3stärke und auf der Abszissenachse die Frequenz
aufgetragen ist, wobei das Spektrum des Farbbildsignals mit N und das Spektrum des
hochfrequenten Stroms mit H bezeichnet sind. Wenn das Band des hochfrequenten Stroms
sich teilweise mit dem Band des Bildsignals überschneidet, wird das auf der Bildschirmeinheit
abgebildete Bild unscharf und im schlimmsten Fall muß der Betrieb gestoppt werden.
-
Zur Lösung dieses Problems wird in den Sapanischen Patentanmeldungen
69 530/83 und 69 528/83 vorgeschlagen, den Teil, in dem der hochfrequente Strom
fließt, abzuschirmen und die Frequenz des hochfrequenten Stroms so anzuheben, daß
sie auBerhalb des Bandes des Bildsignals liegt oder die Frequenz des Bildsignals
so anzuheben, daß das Band des hochfrequenten Stromes gemieden wird, Jedoch werden
keine Maßnahmen getroffen, um den hochfrequenten Strom als Ursache für das Rauschen
, von dem Bildsignal zu entfernen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rauschunterdrückungseinrichtung
für ein Endoskop der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß das Rauschen
von dem Hochfrequenzskalpell , das üblicherweise dem Bildsignal überlagert ist,
vollständig entfernt-wird . und darüber hinaus nicht nur dieses Rauschen zu eliminieren,
sondern auch das Rauchen von äußeren Ausrüstungen, die für die medizinische Behandlung
mit dem Endoskop verwendet werden, wie
beispielsweise Eluoreszenzlicht
, Wagenantrieb, und dergleichen.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei zeichnerisch dargestellten
Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Spektrumsansicht
der Beziehung zwischen der Spaktralcharakteristik des hochfrequenten Stroms und
der des Bildsignals, Fig. 2 ein Schaltdiagramm einer ersten Ausführungs form der
Rauschunterdrückungs einrichtung für ein Endoskop nach der Erfindung, Fig. 3 ein
Blockdiagramm einer spezifischen Konfiguration der vorliegenden Erfindung, Fig.
4 ein Diagramm von Wellenformen als ein Beispiel für den Betrieb der Rauschunterdrückungseinrichtung
nach der Erfindung, und Fig. 5 ein Schaltdiagramm einer zweiten Ausführungsform
der Raus chunterdrückungs einrichtung nach der Erfindung.
-
Zuerst wird d'ie erste Ausführungsform nach Fig. 2 erklärt. In Fig.
2 umfaßt das Festkörperaufnahmeelement 1 , wie beispielsweise-eine CCD-BBD- Einrichtung
oder ein Sensor vom MOS-Typ einen fotoelektrischen Wandler Na und einen Akkumulator/Leser
1b und das von dem fotoelektrischen Wandler 1a empfangene Lichtsignal wird zeitweise
in dem Akkumulator/Leser Ib gespeichert , um eine horizontale Zeile zu jedem Zeitpunkt
auszulesen und als internes Bildsignal einer Leitung 3 zuzuführen. Diese Leitung
3 ist mit einem Vorverstärker 4
verbunden, der in Fig. 2 durch eine
strichpunktierte Umrandung angedeutet ist. Dieser Vorverstärker 4 umfaßt beispielsweise,
wie dargestellt, einen Differentialverstärker 5 mit geringem Rauschen und Impedanzwandler
6 und 7, die die ausgängsrs8derstände der Differentialausgangsanschlüsse des Differentialverstärkers
5 kombinieren. Das interne Bildsignal von dem Festkörperaufnahmeelement 1 liegt
an dem invertierten Eingangsanschluß (-) des Differentialverstärkers 5 an und der
nicht invertierte Eingangsanschluß (+) des Differentialverstärkers 5 ist mit Erde
verbunden. Jede Eingangsseite der Impedanzwandler 6 und 7 ist mit einem Differentialausgangs
anschluß T1 bzw. T2 des Differentialverstärkers 5 verbunden und die Ausgangsseite
mit jedem Ende eines zweifach abgeschirmten , mehradriger Kabels 8 verbunden. Dieses
zweifach abgeschirmte, mehradrige Kabel 8 umfaßt Kernleiter 8a und 8a, Zwischenleiter
8b und 8b und äußere Leiter 8c und 8c und die inneren Kabel , bestehend aus#den
Kernleitern 8a und den Zwischenleitern 8b,sind miteinander verdrillt. Das andere
Ende des doppelt abgeschirmten , mehradrigen Kabels , das ist das Ende der Kernleiter
8a und 8a , ist mit dem invertierten Eingangsanschluß (- ) und mit dem nicht invertierten
Eingangsanschluß (+) eines weiteren Differentialverstärkers 9 verbunden , um Rauschen
zu eliminieren.
-
Der Ausgangsteil dieses Differentialverstärkers 9 zum Eliminieren
des Rauschens ist an einen Ausgangsanschluß 10 angeschlossen. Das interne Bildsignal
das zu diesem Ausgangsanschluß 10 gelangt, wird der Bildverarbeitungsschaltung ,
die später noch be -schrieben werden wird, zugeleitet.
-
Bevor der Betrieb der Rauschunterdrückungseinrichtung für das Endoskop
mit der zuvor erwähnten Konfiguration erklärt wird, wird ein spezifisches Ausf~hrungsbeispiel
anhand von Fig. 3 erläutert.
-
Dieses Ausführungsbeispiel zeigt die Anwendung der Erfindung bei
einem Endoskop, das ein Festkörperaufnahmeelement an der Endseite des Einschiebelements
aufweist und bei dem die t8gl-ichkeitçbesteht, das Hochfrequenzskalpell in einen
Skalpellkanal einzuschieben . Dieses Ausftihrungsbeispiel kann selbstverständlich
auch dann eingesetzt werden, wenn das Endoskop getrennt von dem Hochfrequenzskalpell
verwendet wird.
-
In Fig. 3 werden die gleichen Bezugszahlen für die gleichen Teile
wie in der Fig. 2 verwendet.
-
Die Endseite 11 des Einschiebelements des Endoskops ist ständig mit
der an der Hand liegenden Betriebseinheit 12 verbunden. Mit dieser zur Hand liegenden
Betriebseinheit 12 ist der Okularabschnitt 14, der einen Flüssigkristallschirm 13
aufweist, verbunden oder monolffl fischmit diesem zusammen ausgebildet.
-
Die Betriebseinheit 12 besitzt einen Skalpelleinschubteil 15 an der
oberen Seite und einen ausgezogenen Teil 19 für ein Lichtführungskabel 16 und eine
Signalleitung 18 von dem Vorverstärker 4 auf der unteren Seite. Die Bildverarbeitungsschaltung
17 ist beispielsweise mit einer Kathodenstrahlröhre CRT verbunden und wandelt das
Bildsignal von der Signalleitung 18 in ein Signal um, das auf der Kathodenstrahlröhre
CRT abgebildet werden kann.
-
Die Signalleitung 18 umfaßt das anhand von Fig. 1 beschriebene doppelt
abgeschirmte , mehradrige Kabel 8. Der Ausgang von der Bildverarbeitungsschaltung
17 wird des weiteren dem zuvor erwähnten Flüssigkristallschirm 13 zugeführt und
das gleiche interne Bild, das auf der Kathodenstrahlröhre CRT abgebildet wird, kann
ebenso mit Hilfe des Okularabschnitts 14 beobachtet werden.
-
Die Endseite 11 des Einschubelements ist mit
dem
Signalkanal 20 für die Signalleitung 18 , dem Skalpellkanal 21 und dem nicht dargestellten
Lichtführungskanal für das Lichtführungskabel 16 ausgestattet. Am Ende des Signalkanals
20 ist eine ObJektivlinse 22 installiert und hinter der Ob#ektivlinse 22 befindet
sich das Festkdrperaufnahmeelement 1.
-
Im Signalkanal 20 nahe dem Festkörperaufnahmeelement 1 ist der in
Fig. 2 beschriebene Vorverstärker 4 angeordnet.
-
Das Bezugszeichen 23 bezieht sich auf das Hochfrequenzskalpell. Dieses
Hochfrequenzskalpell 23 besteht aus einer Ausbrenn- Stromquelle 24, die über ein
Bußeres Kabel 28 mit einer Handhabungsseite 25 verbunden ist. Zu dieser Handhabungsseite
25 führt ein inneres Kabel 29, das mit dem Skalpell 27 verbunden ist und sich durch
eine Hülle 26 erstreckt und das innere Kabel 29 und das äußere Kabel 28 sind an
der Handhabungsseite 25 miteinander verbunden.
-
Die Ausbrenn- Stromquelle 24 besteht, wie dargestellt, aus einer Hochfrequenzsignalquelle
30 und einem Leistungsverstärker 31. Der durch die Ausbrenn-Stromquelle 24 erzeugte
hochfrequente Strom wird dem Skalpell 27 über das äußere Kabel 28 und das innere
Kabel 29 zugeführt, Das Hochfrequenzskalpell 27 wird durch den Skalpelleinschubteil
15 eingeführt und bewegt sich durch den Skalpellkanal 21 und das Ende der HUlle
26 und ragt von der Stirnfläche an der Endseite 11 des Einschiebelements vor. Der
Schleifendurchmesser des Skalpells 27 kann ausgedehnt oder zusammengezogen werden,
indem ein Knopf 32 an der Handhabungsseite 25 bewegt wird. #Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind die Bildverarbeitungsschaltung 17 und der das Rauschen - eliminierende Differentialverstärker
9 in einem geerdeten Gehäuse 17a untergebracht. Die äußeren Leiter 8c und die mittleren-Leiter
8b des doppelt abgeschirmten mehradrigen Kabels 8 erstrecken sich von dem ausgezogenen
Teil
Endoskops nach außen und sind mit dem Gehäuse 17a verbunden.
Mit der obigen Ausführungsform ist es möglich, ein Biopsie durchzuführen, den betroffenen
Teil mit Hilfe des Hochfrequenzskalpells 27 zu extrahieren , während das interne
Bild durch das Endoskop oder auf der Kathodenstrahiröhre CRT beobachtet wird. Aus
dem zuvor anhand von Fig. 1 erklärten Grund besteht Jedoch die Gefahr, daß der hochfrequente
Strom für das Hochfrequenzskalpell 27 als Rauschen dem internen Bildsignal überlagert
wird, das durch das Festkörperaufnahmeelement erhalten wird. Daher sind nach der
Erfindung, wie dies durch die Erklärung des Ausführungsbeispiels klar ersichtlich
ist, die Kernleiter 8a und 8a, die das Signal von dem Vorverstärker 4 unterschiedlich
weiterleiten , mit den Zwischenleitern 8b und 8b abgeschirmt und diese Kernleiter
8a , 8a und die Zwischenleiter 8b , 8b sind des weiteren mit den äußeren Leitern
8c,8c abgeschirmt. Daher wird verhindert, daß der durch das äußere Kabel 28 und
das innere Kabel 29 fließende hochfrequente Strom eine Induktion in den Kernleitern
8a und 8a hervorruft.
-
Sollte Jedoch irgendein Rauschen induziert werden, so kann dieses
vollständig durch die Eliminierwirkung der gleichphasigen Komponente des Differentialverstärkers
9 zum Eliminieren des Rauschens unterdrückt werden, wie nachstehend erläutert wird.
Das interne Bildsignal, das durch das abtastende Festkörperaufnahieelement 1 erhalten
wird, wird durch den Differentialverstärker 5 vorverstärkt. Der eine Differentialausgangsanschluß
T1 dieses Differentialverstärkers 5 leitet das interne Bildsignal mit negativer
Polarität weiter, beispielsweise mit der Wellenform S1 , wie in Fig.4 gezeigt. Der
andere Differentialausgangsanschluß T2 leitet das interne Bildsignal gemäß der Wellenform
nach
Fig. 4 weiter. FUr diese Wellenformen S1 und S2 gibt die Zeit tr die Synchronsignalperiode
und die Zeit t8 die Bildsignalperiode an. Die Wellenform S1 durchläuft den Impedanzwandler
6 und wird in der gleichen Wellenform dem einen Kernleiter 8a zugeführt und die
Wellenform durchläuft den anderen Impedanzwandler 7 und wird in der gleichen Wellenform
dem anderen Kernleiter 8a des doppelt abgeschirmten, mehradrigen Kabels 8 zugeleitet.
Die Wellenformen S1 und S2, * die diesen Kernleitern 8a und 8a eingespeist werden,
werden unterschiedlich dem invertierten und dem nicht invertierten Eingangsanschluß
des Differentialverstärkers 9 zur Rauschunterdrückung eingegeben. Die Charakteristik
des Differentialverstärkers 9 ist derart, daß die differentielle Verstirkung groß
und die gleichphasige Verstärkung sehr klein ist und daher gilt, daß die differentielle
Verstärkung 1 ist, daß die Signal wellenformen S1 und S2 mit dazu verschiedener
Polarität whhrend der Zeit ts unterschiedlicher verstärkt werden und einem Ausgangsanschluß
10 als das Bildsignal mit verdoppelter Amplitude zugeführt werden, wie dies die
Wellenform S3 in Fig, 4 zeigt. Im folgenden wird der Betrieb erläutert, wenn ein
äußeres Rauschen, beispielsweise durch das Hochfrequenzskalpell im Signalweg nach
den Differentialausgangsanschlüssen T1 und T2 des Differentialverstärkers r# duzi@rt
wird0 Ein derartiges Rauschen wird als gleichphasiges Rauschen den Wellenformen
S1 und S2 überlagert. Das ergibt beispielsweise in#Fig. 4 die bipolarenRauschwellenformen
NA und NB, die der Wellenform S1 überlagert sind und des weiteren Rauschwellenformen
NA, und NB, die der Wellenform S2 überlagert sind. NA zeigt das Rauschen mit negativer
Polarität und NB das Rauschen mit positiver Polarität an. Die Rauschwellenformen
NA und NB, der Wellenform #1 über-
lagert und die Rauschwellenformen
NA, und NB, überlagert der Wellenform S2' befinden sich in Phase und werden dem
weiteren Differentialverstärker 9 über das doppelt abgeschirmte , mehradrige Kabel
8 unterschiedlich eingegeben.
-
Dieser Differentialverstärker 9 verstärkt die Differentialkomponente
mit umgekehrter Polarität , nic1t#edoch die in Phase befindliche Komponente mit
der gleichen Polarität, so daß die Rauschwellenformen NA und NB sowie NA, und NB,
nicht verstärkt werden. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß der differentielle
Eingangspegel zwischen den Rauschwellenformen NA und NB und den Rauschwellenformen
NA, und NB, Null ist, und es werden nur die Wellenformen S1 und S2 , die das ursprüngliche
interne Bildsignal darstellen, verstärkt. Somit werden die ursprünglichen Signalwellenformen
, deren Teile gestrichelt gezeichnet sind, die durch die Rauschwellenformen NA,
NB, NA, und NB gestört wurden, wieder hergestellt und in der Wellenform 53 treten
die Rauschwellenformen NA, NB, NA, und NB, nicht mehr auf.
-
Daraus resultiert, daß es mit der Erfindung möglich ist, ein wahre
und klares internes Bild auf der Abbildungseinheit 17 auf der Betriebsseite des
Endoskops , unter Einschluß des Flussigkristallschirms 13, abzubilden. Zusätzlich
wird ein sehr günstiges Signal/Rausch-Verhältnis erhalten, da die Signalkomponente
verdoppelt und die Rauschkomponente entfernt ist.
-
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 die zweite Ausführungsform
der Erfindung erläutert.
-
In Fig. 5 werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Teile
wie in Fig. 2 verwendet.
-
Diese Ausführungsform weist einen Vorver stärker 33 auf, der das
Bildsignal von dem Festkörperaufnahmeelement 1 empfängt, verstärkt und in nicht
abgeglichener Weise ausgibt. Ein Ausgangsanschluß T3 des Verstärkers 33 ist mit
einem der Kernleiter 8a des doppelt abgeschirmten , mehradrigen Kabels 8 verbunden
und der andere Kernleiter 8a liegt über einen Widerstand R1 auf Erdpotential. Der
Widerstandswert dieses Widerstands R1 wird demJenigen Widerstandswert eines Ausgangswiderstandes
Ro des Vorverstärkers 33 gleichgesetzt. Das andere Ende der Kernleiter 8a und 8a
ist in der gleichen Weise wie bei der ersten Aus führungs form mit einem Differentialverstärker
31 verbunden.
-
Da bei dieser AusfUhrungsform der Vorverstärkerabschnitt 4 durch
den Vorverstärker 35 ersetzt ist, ist der Aufbau dieses Verstärkerabschnitts einfacher
als bei der Ausführungsform nach Fig. 2, bei der ein Differentialverstärker in dem
Vorverstärkerabschnitt 4 vorgesehen ist und der Rauschfaktor ist mit einem Wert
von 3 dB ähnlich gut wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2.
-
Die Erfindung kann auch als weitere Ausführungsform bei einem Endoskop
angewandt werden, bei dem das Festkörperaufnahmeelement sich auf der Betriebsseite
anstelle der Endseite des Einschiebelements befindet. Wie zuvor erklärt wurde, ermöglicht
die Erfindung die vollständige Entfernung des äußeren Rauschens, das dem internen
Bildsignal überlagert ist, das durch das Festkörper -aufnahmeelement des Endoskops
erhalten wird und die Abbildung eines klaren Bildes auf der Abbildungseinheit auf
der Betriebsseite des Endoskops
Die Übertragung des internen Bildsignals
zu der Abbildungseinheit erfolgt mit dem doppelt abgeschirmten , mehradrigen Kabel,
Jedoch kann anstelle dieses Kabels auch ein Kabel mit zwei zueinander parallelen
Kernleitern verwendet werden, die nicht notwendigerweise miteinander verdrillt sein
müssen, In den Ausführungsbeispielen wird der Flüssigkristallschirm 13 zum Beobachten
des Bildes des Gegenstandes verwendet, jedoch ist ein derartiger Flüssigkristallschirm
13 nicht unbedingt erforderlich. Es ist selbstverständlich, daß noch weitere Ausführungsformen
denkbar sind, ohne daß von dem Erfindungsgedanken abgewichen wird.