DE4241938A1 - Endoskop insbesondere mit Stereo-Seitblickoptik - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Endoskop mit einem Endoskopschaft, an dessen distalem Ende ein Festkörper- Bildaufnahmesystem angeordnet ist, das in Art einer Seitblickoptik ausgebildet ist.

Der Einsatz von Endoskopen in der Chirurgie hat sich mittlerweile erfolgreich bewährt und dient neben den herkömmlichen chirurgischen Operationstechniken in vielen Fällen als ein minimal invasives Alternativ- Verfahren, das den Vorteil weit geringerer Belastung für den Patienten und wesentlich kürzere Heilungszeiten ermöglicht. Neben den Anwendungen zu Zwecken von in­ korporalen Manipulationen, bspw. durch geeignetes En­ doskopbesteck zum Behandeln von krankhaften Körperstel­ len, finden Endoskope vornehmlich ihren Einsatz als Beobachtungs- und Untersuchungsmittel von Hohlräumen innerhalb des menschlichen Körpers.

Neben den hinlänglich bekannten, konventionellen star­ ren Stablinsen-Endoskopen, die nur über einen einzigen optischen Sichtkanal verfügen und dem Operateur nur ein zweidimensionales Abbild des Beobachtungsraumes ver­ schaffen, sind Endoskopsysteme bekannt, die aufgrund der Nutzung stereoskopischer Optiksysteme das Operati­ onsumfeld in seiner räumlichen Anordnung wiederzugeben vermögen.

Erste Überlegungen zur räumlichen Betrachtung mit Hilfe von Endoskopen, den sog. Stereoendoskopen, gehen bspw. auf die deutsche Patentschrift DE 1 64 966 aus dem Jahre 1904 zurück. Es handelt sich hierbei um zwei getrennte, optische Betrachtungswege, die den Anblick eines Objektes, das dem distalen Ende des Endoskops gegenüberliegt, aus zwei unterschiedlichen Blickrich­ tungen gestattet. Der proximale Teil des Endoskops ist mit einem Doppelokularansatz verbunden, der die Beob­ achtung des Objektes mit beiden Augen gleichzeitig ermöglicht.

Neben der reinen visuellen Betrachtung des Operateurs ist es aus einer Vielzahl von Gründen erwünscht und bei den minimalinvasiven endoskopischen Operationstechniken sogar notwendig, die Darstellung des Operationsgebietes videotechnisch über eine Kamera-Monitor-Einheit zu realisieren. Darüber hinaus kann das endoskopische Vorgehen videotechnisch gespeichert werden, so daß eine eingehendere Betrachtung auch nach dem Eingriff möglich ist. In diesem Zusammenhang ist es bspw. für das be­ schriebene, konventionelle, optische Stereo-Endoskop- System erforderlich, daß auf die zwei getrennten opti­ schen Beobachtungssysteme proximal jeweils ein Kamer­ asystem angekoppelt werden muß. Derartige Ankoppelvor­ gänge erfordern jedoch zum Teil sehr aufwendige Justierarbeiten, die ferner den Umgang mit dem Endoskop entscheidend erschweren. Hinzu kommt, daß bei den be­ schriebenen, optischen Stereosystemen die in dem Endos­ kop vorhandenen optischen Elemente, bspw. Stablinsen, in ihren Führungsrohren eine gewisse laterale Beweg­ lichkeit aufweisen, wodurch eine systembedingte Un­ schärfe zumindest bei der Justierung des Systems nicht zu verhindern ist.

Alternativ zur konventionellen Bildübertragung zwischen dem distalen Ende und dem proximalen Ende des Endoskops mit Hilfe von optischen Komponenten (Abbildungslinsen, Lichtleitfaseranordnungen, u.ä.) werden verstärkt auch Video-Bildaufnehmer, wie bspw. CCD-Chips verwendet. Es ist deshalb mehrfach vorgeschlagen worden, anstelle der herkömmlichen optischen Übertragungssysteme in der Bildebene der jeweils distal angeordneten Objektive einen Bildaufnehmer anzuordnen, der mittels eines Über­ tragungssystems mit einer proximal angeordneten Versor­ gungseinheit verbunden ist. Hierzu wird exemplarisch auf die US-Patentschriften 4 235 447 oder 4 261 344 verwiesen.

Hierbei finden Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen, unter denen ladungsgekoppelte Sensorentypen, bspw. CCD- arrays am geeignetsten erscheinen, weitverbreitete Anwendung.

Die distale Anordnung derartiger Bildaufnahmesysteme weist u. a. den Vorteil auf, daß die Bildübertragung vom distalen Ende zum proximalen Ende des Endoskops elek­ tronisch vollzogen werden kann, d. h. die Signalübertra­ gung erfolgt über entsprechende elektrische Leitungen. Flexiblere Endoskopführungen ohne optische Verzerrungen können somit gewährleistet werden. Ebenso fallen die erheblichen Kostenanteile für das optische Stablinsen­ übertragungssystem weg, wodurch "elektronische Beobach­ tungsendoskope" günstiger produziert werden können.

Aus den US-Patentschriften 4 699 125 oder 4 926 257 gehen derartige Endoskope hervor, an deren distalen Ende Bildaufnahmesysteme vorgesehen sind, die im we­ sentlichen aus einem Objektiv und einem Festkörperbild­ aufnahmeelement, vorzugsweise CCD-Array, zusammenge­ setzt sind.

Vergleichbare elektronische Endoskope sind ferner in folgenden Druckschriften beschrieben: US-PS 5 050 584, US-PS 4 989 586 sowie DE-OS 38 06 190.

Bei den genannten Endoskopen ist in der Bildebene des distal angeordneten Objektivs ein Halbleiterbildaufneh­ mer derart angeordnet, daß die lichtempfindliche Sen­ sorfläche mit der Achse des Endoskops einen 90°-Winkel einschließt. Mit dem Ziel der Verringerung des Endos­ kopquerschnittes im distalen Bereich sind somit zumin­ dest durch die dzt. kleinstmögliche Dimensionierung von Festkörper-Bildaufnahmesensoren Grenzen gesetzt.

Alternativ zu den sog. Geradeausblick-Endoskopen, wie sie aus dem vorgenannten Stand der Technik zu entnehmen sind, bieten sog. Seitblick-Endoskope mit parallel zur Endoskopachse ausgerichteten Flächensensoren eine wei­ tergehende Minimierung des Endoskopquerschnittes. Der­ artige Vorrichtungen gehen bspw. aus der US-PS 4 685 451, US-PS 4 562 831 sowie aus der deutschen Offen­ legungsschrift DE 32 33 924 hervor. Seitblickendoskope, deren Blickrichtung senkrecht zur Endoskopachse und somit auch zur Einführbewegung des Endoskops gerichtet sind, dienen in erster Linie zur gastroenterologischen Beobachtung und Untersuchung des Duodenums (Zwölffin­ gerdarm) und weiterführenden Behandlungen im Gallen­ gang, welcher gegenüber dem Duodenum um nahezu 90° abgelenkt ist. Zwar ist mit diesem Aufbau der Endoskop­ querschnitt zu reduzieren, jedoch ist der Operateur nicht in der rage den Bereich zu beobachten, in den das Endoskop in Bewegungsrichtung eindringt.

Im Gegensatz zu den elektronischen Endoskopen, die nur über ein einziges Bildaufnahmesystem verfügen, geht aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 06 190 eine elektronische Endoskopeinrichtungen mit jeweils zwei Abbildungsvorrichtungen hervor, die unter Verwendung von Festkörperbildaufnehmern dem Operateur einen räum­ lichen Eindruck vom Beobachtungsbereich des Endoskops ermöglichen. Zwar bietet die paarweise Anordnung der Bildaufnahmesysteme in Geradeausblickrichtung am dista­ len Ende des Endoskops dem Operateur-einen Beobach­ tungsbereich, der unmittelbar vor der Endoskopspitze liegt und ermöglicht somit eine kontrollierte Bewegung des Endoskops ins Körperinnere. Durch die Forderung mit möglichst geringen Endoskopdurchmessern zu arbeiten, kann jedoch die gegenseitige Beabstandung der Bildauf­ nahmesysteme, die sog. Stereobasis, nicht allzu grob gewählt werden. Diese Forderung steht jedoch der Mög­ lichkeit der Steigerung des räumlichen Seheindruckes und somit einer möglichst groben Stereobasis, diametral entgegen. Darüber hinaus sind unter Einhaltung mög­ lichst geringer Endoskopdurchmesser, bei dieser Anord­ nung Festkörper-Bildsensoren mit sehr geringen Abmes­ sungen und somit auch schlechterer Auflösung ein­ setzbar.

Aus der DE 39 21 233.5 geht unter anderem aus der Fig. 4 ein elektronisches Stereoendoskop in Geradeausblick­ richtung hervor. Hierzu werden zwei getrennt voneinan­ der bewegbare Bildaufnahmesysteme aus der koaxialen Lage zur Endoskopachse seitlich ausgeschwenkt, so daß die Stereobasis erheblich vergrößert werden kann. Durch den seitlich ausschwenkbaren Klappmechanismus beider Bildaufnahmesysteme kann jedoch auch dem Fordernis eines möglichst geringen Endoskopquerschnittes Rechnung getragen werden. Der vorgeschlagene Lösungsweg bietet zwar dem Operateur einen räumlichen Eindruck des Beob­ achtungsfeldes in Geradeausblickrichtung, er lädt je­ doch weitere Freiheitsgrade nicht zu. Außerdem er­ scheint die genaue Positionierung der beiden Aufnahmes­ ysteme zueinander problematisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Endoskop mit einem Endoskopschaft, an dessen distalem Ende ein Festkörper-Bildaufnahmesystem angeordnet ist, das in Art einer Seitblickoptik ausgebildet ist, derart wei­ terzubilden, daß bei möglichst minimalen Endoskopquer­ schnitt ein möglichst optimaler räumlicher Eindruck des Sichtfeldes erreichbar ist. Ferner soll die dreidimen­ sionale Beobachtung möglichst den gesamten Hohlraum, innerhalb dem das Stereoendoskop eingeführt ist, erfas­ sen. Dem Operateuer soll ein möglichst einfach zu be­ dienendes Beobachtungswerkzeug gegeben werden, das bspw. die Notwendigkeit von Justierungen an der Optik während des Gebrauchs vollkommen ausschließt und die Handhabung weitgehend vereinfacht, so daß die räumliche Orientierung jederzeit unproblematisch ist. Außerdem sollen möglichst großflächige Bildsensoren mit entspre­ chend hoher Bildauflösung zum Einsatz kommen.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, daß das distale Ende eines Seitblickendoskops, das wenigstens zwei Bildaufnehmer aufweist, sowohl in einer Stellung die Seitblickrichtung und in einer zweiten Stellung die Geradeausblickrichtung einnimmt. Durch die Umstellung der Blickrichtung des Bildaufnahmesystems um wenigstens 90° kann bspw. durch zusätzlicher Drehung des Endoskops um dessen Längsachse die Gesamtheit eines Hohlraums erfaßt werden.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 2 gekennzeichnet. Erfindungsgemäß weist das Endoskop mit einem an seinem distalen Ende angebrachten Festkörper-Bildaufnahmesystem, das in Art einer Seitblickoptik ausgebildet ist, wenigstens zwei Bildaufnehmer auf. Zusätzlich ist der Endoskopschaft im distalen Bereich derart abwinkelbar, daß die Blickrich­ tung des Festkörper-Bildaufnahmesystems in etwa paral­ lel zur Achse des proximalen Teils des Endoskopschaftes ausgerichtet werden kann. Ebenso ist es erfindungsgemäß möglich, die Blickrichtung des Festkörper-Bildaufnah­ mesystems in etwa koaxial mit der Achse des proximalen Teils des Endoskopschaftes anzuordnen.

In anderen Worten ausgedrückt, besteht der allgemeine Erfindungsgedanke darin, ein Stereobildaufnahme-Endos­ kop für den Eindringvorgang in den Hohlraum mit mö­ glichst geringem Querschnitt des Endoskopschaftes zu realisieren, gleichwohl aber für eine möglichst grobe Stereobasis bei gleichzeitiger Verwendung großflächiger Festkörper-Bildsensoren mit hoher Bildauflösung zu sorgen, um einen möglichst ausgeprägten dreidimensiona­ len Seheindruck zu gewährleisten. Hierbei sind die Bildaufnahmesysteme im distalen Bereich des Endoskop­ schaftes in Seitblickrichtung derart vorgesehen, so daß die lichtempfindlichen Festkörper-Bildsensoren in En­ doskoplängsachse hintereinander angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, daß der kleinste Endoskopschaftquer­ schnitt nicht von beiden Dimensionen eines Bildsensors abhängt, sondern nur von einer Sensorlängsseite. Eine möglichst geringe Endoskopquerschnittsbemassung ist somit möglich.

Ist das Endoskop innerhalb des zu beobachtenden Hohl­ raumes eingebracht, so ist die am distalen Endoskopende angebrachte Beobachtungseinheit aus einer Seitblick­ richtung erfindungsgemäß in eine zweite Stellung, die eine Geradeausblickrichtung ermöglicht, überführbar. Zur einfacheren Handhabung des Endoskops für den Opera­ teur ist vorzugsweise eine definierte Lageänderung des Endoskopschaftes zwischen Seitblickrichtung und Gerade­ ausblickrichtung vorgesehen. Die Handhabung wird für den Operateur wesentlich vereinfacht und die Zuordnung zwischen Seitblick- und Geradeausblickrichtung wird dadurch vereinfacht. Die Orientierung im Hohlraum durch zwei vorgegebene Blickrichtungseinstellungen wird da­ durch verbessert.

Natürlich kann je nach Anwendungsfall auch eine konti­ nuierliche Bewegung des Endoskopschaftes in mehrere Richtungen erfolgen.

Eine zur Endoskoplängsachse koaxial angeordnete Blick­ richtung des abgewinkelten Endoskopschaftes am-distalen Bereich wird erfindungsgemäß derart ermöglicht, daß durch eine 90° Abwinkelung relativ zur Endoskoplängs­ achse das Festkörper-Bildaufnahmesystem quasi in Gera­ deausblickrichtung umklappbar ist. Die diskrete De­ formation des Endoskopschaftes kann mit Hilfe (gemäß Anspruch 9) einer im distalen Bereich des Endoskop­ schaftes vorgesehenen Baueinheit, die in bevorzugter weise aus einem Werkstoff mit thermischen oder mechani­ schen Gedächtnisvermögen besteht, vorgenommen werden. Hierzu wird der Endoskopschaft, der einen starren und einen sich verformbaren Teil aufweist, während des Einführvorganges in den Hohlraum durch eine längliche Tokarhülse hindurch geführt. Tritt der sich verformbare Teil des Endoskopschaftes im Hohlraum aus der Trokar­ hülse hervor, so nimmt er automatisch seine vorgegebene Form an, die derart vorgesehen ist, daß das Bildaufnah­ mesystem vorzugsweise in Geradeausblickrichtung orien­ tiert ist.

Diese Abwinkelung des Endoskopschaftes im distalen Bereich kann auch gesteuert vorsichgehen, indem inner­ halb des sich verformbaren Teils des Endoskopschaftes Bowdenzüge oder steuerbare Gelenke vorgesehen sind, die manuell oder motorisch bedienbar sind.

Neben der Möglichkeit einer 90°-Abwinkelung des Endos­ kopschaftes im distalen Bereich, die eine zur Endoskop­ längsachse parallele aber nicht koaxiale räumliche Beobachtungsmöglichkeit bietet, ist erfindungsgemäß eine weitere Möglichkeit der Abwinkelung des Endoskop­ schaftes im distalen Bereich vorgesehen, die eine mit der Achse des proximalen Teils des Endoskopschaftes koaxiale Beobachtung in räumlicher Qualität vorsieht.

Die vorstehende Beobachtungsvariante weist zusätzlich den Vorteil auf, daß der Operateur einen räumlichen Seheindruck von dem Beobachtungsfeld durch das Endoskop vermittelt bekommt, das sich unmittelbar in Vorstoß­ richtung des Endoskops und somit weitgehend koaxial mit der Endoskoplängsachse vor dem distalen Bereich des Endoskops befindet.

Die Handhabung des Endoskops mit koaxialer Anordnung des Festkörper-Bildaufnahmesystems in Geradeausblick­ richtung ist ähnlich wie bei konventionellen Stablin­ senendoskopen. Eine Umgewöhnung auf anderweitige Abbil­ dungseigenschaften wird mit dieser Endoskoplösung ver­ meidbar.

Diese distale Anordnung des Festkörper-Bildaufnahme­ systems ist bereits mit nur einem Bildaufnehmer von Vorteil.

Der Einsatz derartiger Stereoendoskope mit möglichst großer Stereobasis, zum Erzielen eines intensiven räum­ lichen Seheindrucks dient dem Operateur in erster Linie zur besseren Abschätzung von räumlichen Beabstandungen. Insbesondere das Hantieren von weiteren endoskopischen Werkzeugen, zur Durchführung inkorporaler Behandlungen im Sichtkegel des Stereoendoskops wird durch die Räum­ lichkeit des Seheindruckes entscheidend vereinfacht. Der Operateur ist somit in der Lage mit wenigstens zwei in dem Hohlraum eingebrachten Werkzeugen derart zu agieren, als würde der Operateur einen direkten Ein­ blick zu der zu behandelnden Stelle besitzen. Ferner ist es möglich, absolute Vermessungen durch das erfin­ dungsgemäße Stereoendoskop vorzunehmen. Neben der be­ reits erwähnten entscheidenden Verbesserung zur kon­ trollierten Durchführung komplizierter Operationste­ chniken mittels Endoskopwerkzeugen innerhalb von Hohl­ räumen, bspw. Magen, Blase, Darm etc., kann mit dem erfindungsgemäßen Stereoendoskop durch die räumliche Beobachtung der gesamten Innenseite von schlauchförmi­ gen Hohlräumen wie Darmgefäße eine verbesserte Diagnose durchgeführt werden.

Gemäß Anspruch 3 weist das am distalen Ende des Endos­ kops angebrachte Festkörper-Bildaufnahmesystem wenig­ stens zwei Bildaufnehmer auf, die im wesentlichen aus einem Objektiv und einem lichtempfindlichen Festkörper- Bildsensor, bspw. einem CCD-Array, bestehen. Die je­ weils paarweise zugeordneten Bildaufnehmer sind dabei derart zueinander angeordnet, so daß zumindest die optischen Achsen ihre Objektive einen Konvergenzwinkel einschließen, der bspw. über steuerbare Mikrostellele­ mente einstellbar ist. Durch die Änderung des Konver­ genzwinkels ist es bspw. möglich, den Abstand zwischen der Objektivebene und dem Entfernungspunkt, an dem sich die Sichtfelder beider Bildaufnahmesysteme überschnei­ den, in einem gewissen Bereich zu variieren. Somit ist der Operateur in der Lage, das optische System in sei­ nen räumlichen Abbildungsqualitäten optimal an den Ent­ fernungsbereich vor der Objektivebene anzupassen, auf den sich das Beobachtungs-interesse, bspw. bedingt durch die Vornahme eines Operationsvorganges mittels weiterer Endoskopwerkzeuge, bezieht.

Ebenso sieht eine bevorzugte Ausführungsform gemäß Anspruch 15 die Veränderbarkeit der Stereobasis der Bildaufnehmer vor, so daß die räumlichen Betrachtungs­ qualitäten an die aktuellen Gegebenheiten des Sichtfel­ des angepaßt werden können.

Zur Beleuchtung der zu beobachtenden inkorporalen Kör­ perstellen dienen vorzugsweise Lichtleiterausgänge, die jeweils in Blickrichtung der Festkörper-Bildaufnahmes­ ysteme angeordnet sind. Eine symmetrische Anordnung der Lichtausgänge um die Bildaufnahmesysteme ermöglicht ferner eine homogene Ausleuchtung, die insbesondere für stereoskopische Aufnahmen unabdingbar sind.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, daß die Bildaufnehmer, zumindest aber die Festkörper-Bildsen­ soren mechanisch vorzugsweise auf einer einzigen Lei­ terplatte angebracht sind. Eine derartige Kombination verhindert eine ungewollte Dejustierung und garantiert für eine ungestörte Übertragung der durch die Bildauf­ nehmer gewonnenen Bildsignale, die durch die Festkör­ per-Bildsensoren in elektrische Signale umgewandelt und über entsprechende Leitungen entlang des Endoskopschaf­ tes zur einer proximal angebrachten Videobildverarbei­ tungseinheit weitergeleitet werden.

Die elektronische Ansteuerung der Festkörper-Bildsen­ soren in Form von geeigneten Taktsignalen, die für eine einwandfreie Funktion der Sensoren notwendig sind, und die Bereitstellung der Versorgungsspannung können für zwei oder mehr Sensoren über identische Signalleitungen bzw. Versorgungsleitungen geleitet werden, da die not­ wendigen Eingangssignale für die Festkörper-Bildsenso­ ren identisch sind. Die Verwendung von mehr als einem Bildaufnehmer führt somit nicht zu einer Verdopplung der Eingangs-Signalleitungen, so daß der Endoskopquer­ schnitt auf ein Minimum gehalten werden kann. Pro Bild­ aufnehmer muß nur eine Ausgangssignalleitung vorgesehen werden, um die Videobildinformation nach proximal zu übertragen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß gemäß An­ spruch 20 die für das taktweise Auslesen der Festkör­ per-Bildsensoren erforderlichen Taktsignale in einer elektronischen Aufbereitungseinheit, die im distalen Bereich des Endoskopschaftes angebracht ist, aufberei­ tet werden.

Die von zwei Bildaufnahmesystemen aufgenommen einzelnen Objektfelder werden wie bereits besprochen in elektri­ sche Signale umgewandelt und an eine proximal ange­ brachte Kontroll-, Verarbeitungs- und Darstellungsein­ heit weitergeleitet. Die proximalseitige Kontrollein­ heit sorgt für die Generierung der Takte zum Auslesen der Bildaufnehmer, die Verarbeitungseinheit für die zweikanalige Weiterverarbeitung der durch die Bildauf­ nehmer gewonnenen Bildsignale die sodann als Videosig­ nale einer Darstellungseinheit zugeleitet werden.

Bspw. können die Videosignale der beiden Bildaufnahmes­ ysteme abwechselnd je 50 mal/sec auf einen Monitor übertragen werden. Mit einem derartigen Monitor, der mittels einer durch Infrarotstrahlen gekoppelten Brille zu betrachten ist, die mit einer Flüssigkristallschicht ausgestattet ist, können beide aufgenommenen Objektfel­ der, die synchron mit der Bildschirmfrequenz abwech­ selnd auf dem Bildschirm erscheinen mit dem zugeordne­ ten Auge betrachtet werden. Hierzu nimmt durch synchro­ ne Abdunkelung der Brille das Bild bspw. des rechten Bildaufnahmesystems das rechte Auge und im nächsten Augenblick das des linken Bildaufnahmesystem das linke Auge wahr. Im Gehirn werden die visuellen Informationen bei entsprechend hoher Bildwiedergabefrequenz zu einem dreidimensionalen Bild verarbeitet. Somit kann ein dreidimensionales Bild nach dem vorgenannten "Ein- Monitor-Shutter-Prinzip" erzeugt werden. Durch Betrach­ ten des Bildschirmes kann der Operateur ohne Anstren­ gung und augenermüdenden Benutzung von Durchblicken­ doskopen den Vorgang innerhalb eines Hohlraumes beob­ achten während er mit weiteren Werkzeugendoskopen ar­ beitet. Operationen werden dadurch erheblich erleich­ tert, in dem das dreidimensionale Abbild auf dem Moni­ tor quasi einen direkten Blick durch die Bauchdecke ermöglicht.

Gemäß Anspruch 22 ist es vorgesehen, daß der distale Endbereich des Endoskops mit dem Festkörper-Bildaufnah­ mesystem für die Stereobetrachtung als vom Instrument lösbare Stereovideosonde ausgeführt ist, welches ein magnetisches Element enthält, durch das die Sonde z. B. unter Verwendung eines zweiten äußeren-Magneten an, beispielsweise der Bauchdecke positionierbar und be­ festigbar ist. Hiermit wird es möglich, Beobachtung­ spositionen einzunehmen, an die man mit einem einzigen Endoskopeinstich nicht hinkommt, ohne dabei weitere Einstiche vornehmen zu müssen. Ist erst einmal die Videosonde in das Körperinnere eingebracht und mittels eines äußeren Magneten unterhalb der bspw. Bauchdecke fixiert, so kann durch Verschieben des äußeren Magneten die Videosonde an fast beliebige Stellen unterhalb der Bauchdecke gebracht werden.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla­ risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er­ findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Hohlraum eingebrachtes Stereo­ endoskop mit 90° Abwinkelung des Endoskopschaftes,

Fig. 2a, b Querschnittsdarstellung des erfindungsge­ mäßen Seitblickendoskopkopfes Fig. 3a, b Seitenansicht eines Stereo-Seitblicken­ doskops mit zweifachen Ablenkung im dista­ len Bereich des Endoskopschaftes zur koa­ xialen Ausrichtung des Endoskopschaftes zur Endoskoplängsachse und

Fig. 4 Querschnittsdarstellung durch den distalen Endoskopbereich mit Geradeaus- und Seit­ blickoptik.

In Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung abgebildet, die ein Stereoseitblickendoskop zeigt, das durch eine Trokarhülse (1) in das Innere eines menschlichen Hohl­ raumes durch die Bauchdecke (2) eingeführt ist. Nachdem der beweglich ausgebildete Teil des Endoskopschaftes (4) ganz aus der Trokarhülse (1) im Körperinneren her­ ausragt, klappt der distale Bereich um etwa 90° zur Endoskoplängsachse um. Der Klappmechanismus kann bspw. durch in dem beweglichen Teil des Endoskopschaftes eingebrachte Erinnerungsmaterialien, mit thermischem oder mechanischem Gedächtnisvermögen ausgelöst werden. Ebenso können geeignet angebrachte Bowdenzüge im inne­ ren des Endoskopschaftes die Umlenkung des distalen Bereichs bewirken.

Die zur Stereobetrachtung erforderlichen Bildaufnahmes­ ysteme bestehen aus einem Paar identisch ausgebildeter Bildaufnehmer, die jeweils einen Festkörper-Bildsensor (5) aufweisen, vor den in Blickrichtung jeweils ein Objektiv (6) angebracht ist. Die Festkörper-Bildsensor­ en, sind auf einer gemeinsamen Leiterplatine (7) ange­ ordnet, damit ungewollte Dejustierungen vermeidbar sind. Der Festkörper-Bildsensor (5) ist in aller Regel ein CCD-Array in Form eines Chips. Es können jedoch auch lichtempfindliche Sensorelemente verwandt werden, sogenannte "Die-Elemente", die keine weiteren Ge­ häuseelemente aufweisen.

Die Festkörper-Bildsensoren sind in Achsrichtung des Endoskopschaftes hintereinander angeordnet, so daß die Möglichkeit der gegenseitigen Beabstandung in fast beliebigen Bereichen variierbar ist.

Durch die gegenseitige Überlappung beider Objektfelder die in der Fig. 1 als schraffierter Bereich dargestellt ist, ist eine räumliche Betrachtungsweise durch das Endoskop möglich.

Wird das Endoskop an seinem starren Endoskopschaft (3) durch die Trokarhülse aus dem Hohlraum wieder ent­ nommen, so richtet sich der verformbare Abschnitt (4) des distalen Bereichs des Endoskops wieder parallel zur Endoskopachse aus, so daß die in der Fig. 1 dargestellt Orientierung der Blickrichtung, die im ausgefahrenen Zustand des Endoskops koaxial zur Achse des starren Endoskopschaftes (3) verläuft, wieder in eine Seit­ blickrichtung zurückklappt. Durch Drehung des Endoskop­ schaftes um seine Längsachse ist es möglich, noch bevor der Bildaufnahmekopf in der Trokarhülse (1) verschwin­ det, den gesamten Hohlraum in einem 360°-Schwenk zu beobachten.

Unter Verwendung eines durchsichtigen Materials für die Trokarhülse 1 können mit dieser Vorrichtung auch Seit­ blick-Beobachtungen vorgenommen werden, gleichwohl der distale Bereich des Endoskops bereist vollkommen in der Trokarhülse steckt.

In Fig. 2a ist eine deutlichere Querschnittsdarstel­ lung durch den distalen Bereich des Endoskops wieder­ gegeben.

Die parallel angeordneten Festkörper-Bildsensoren (5) sind auf einer gemeinsamen Leiterplatte (7) angeordnet. Den lichtempfindlichen Bildsensoren (5) gegenüberlie­ gend sind jeweils Objektivlinsen (6) zugeordnet, die den Lichteinfall durch die Eintrittsfenster (7) ent­ sprechend auf die lichtempfindlichen Bildsensoren (5) abbilden. Zur Beleuchtung der zu untersuchenden Objekte sind in Blickrichtung und symmetrisch zu den Bildauf­ nehmern Lichtleiterausgänge (8) vorgesehen, die für eine ausreichende Beleuchtung beider Objektfelder sor­ gen. Durch die Variation der Stereobasis Sb, kann der räumliche Eindruck verstärkt bzw. abgeschwächt werden. Hierzu sind die Bildaufnehmer bewegbar zueinander ange­ ordnet.

In Fig. 2b ist ähnlich zu Fig. 2a eine Querschnitts­ darstellung wiedergegeben, bei der ein modifiziertes optisches System dargestellt ist, mit dem prinzipiell auch geringere Stereobasen realisierbar sind. Die Be­ zugsziffern sind an die vorgehenden Figuren angelehnt. Unter Verwendung von sogenannten Kantenprismen 9 können die Strahlenverläufe weitgehend verlustfrei umgelenkt werden, so daß bei fest eingestellter Beabstandung der Festkörper-Bildsensoren 5 eine von diesem Abstand ab­ weichende Stereobasis Sb einstellbar ist. Ferner ist in der Anordnung der Fig. 2b ein Bildaufnehmer in Gera­ deausblick-Richtung angebracht.

In Fig. 3a ist ein Seitenanblick eines Stereoendoskops dargestellt, dessen Blickrichtung koaxial mit der star­ ren Endoskopachse nach zweimaliger Abwinkelung im ver­ formbaren Teil des Endoskops, verläuft. Durch die bei­ den Biegebereiche (4), die jeweils gegenläufige Biege­ linien aufweisen, kann der ursprünglich in Seitblick­ richtung orientierte distale Bereich des Endoskops derart orientiert werden, daß die Blickrichtung durch das Bildaufnahmesystem koaxial mit der starren Endos­ kopachse verläuft. Abermals kann der quasi "S-förmige" Biegeverlauf im distalen Bereich des Endoskops durch formgebende Materialien, die bspw. über ein Gedächtnis­ vermögen verfügen, hervorgerufen werden. Ebenso sind gesteuerte Biegekurven über Bowdenzügen oder steuerbare Gelenke erzielbar.

Das Einbringen des an sich nicht geradlinigen Endoskop­ kopfes er folgt ebenfalls mit Hilfe einer Trokarhülse (1), die während des Einführvorgangs in einen Hohlraum eine geradlinige Formgebung des Endoskopschaftes er­ zwingt (siehe hierzu Fig. 3b). Tritt der distale Be­ reich in Vorschubrichtung aus der Trokarhülse heraus, so nimmt der distale Bereich automatisch seine vorgege­ bene Form in der beschriebenen Weise ein.

Als weitere besondere Ausführungsform sind in beiden der vorgenannten Endoskopen Führungskanäle vorgesehen, durch die insbesondere im abgewinkelten Zustand der distalen Bereiche Werkzeuge in den Beobachtungsbereich einbringbar sind (nicht dargestellt). Hiermit kann mit nur einem Endoskopeingriff sowohl eine räumliche Beob­ achtung als auch Manipulationen mit geeigneten Werk­ zeugen vorgenommen werden.

Es ist jedoch auch denkbar, daß eine Vielzahl von Bild­ aufnahmesystemen in dem distalen Bereich des Endoskop­ schaftes vorgesehen werden können. Als besonders geeig­ nete Ausführungsform zeigt die Fig. 4 neben den Bild­ aufnehmern in der Seitblickrichtung ein zusätzlicher Bildaufnehmer in der Geradeaus-Blick-Richtung, so daß eine simultane Beobachtung in beiden Blickrichtungen möglich ist.

Durch einen Strahlteiler 9 in Form eines quaderförmigen Kantenprismas sind zwei im rechten Winkel zueinander stehende Festkörper-Bildsensoren 5′ und 5′′ synchron mit dem Abbild der jeweiligen Objektfelder mittels der zugehörigen Objektive 6′ und 6′′ zu beaufschlagen. Zu den einzelnen Bildaufnahmesysteme, die in Fig. 4 nur im Querschnitt dargestellt sind, sind in nebeneinander­ angeordneter Weise weitere Bildaufnahmesysteme in der gleichen 90°-Anordnung zu denken.

Claims (23)

1. Endoskop mit einem Endoskopschaft, an dessen dista­ lem Ende ein Festkörper-Bildaufnahmesystem angeordnet ist, das in Art einer Seitblickoptik ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörper-Bildauf­ nahmesystem wenigstens zwei Bildaufnehmer aufweist, und daß der Endoskopschaft im distalen Bereich derart ab­ winkelbar ist, daß die Blickrichtung des Festkörper- Bildaufnahmesystems oder zumindest eines Bildaufnehmers in etwa parallel zur Achse des proximalen Teils des Endoskopschaftes ist.

2. Endoskop mit einem Endoskopschaft, an dessen dista­ lem Ende ein Festkörper-Bildaufnahmesystem angeordnet ist, das in Art einer Seitblickoptik ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörper-Bildaufnah­ mesystem wenigstens einen Bildaufnehmer aufweist, und daß der Endoskopschaft im distalen Bereich derart ab­ winkelbar ist, daß die Blickrichtung des Festkörper- Bildaufnahmesystems in etwa koaxial mit der Achse des proximalen Teils des Endoskopschaftes ist.

3. Endoskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörper-Bildaufnah­ mesystem zwei Bildaufnehmer zur Stereobetrachtung der­ art aufweist, daß die optischen Achsen der beiden Bild­ aufnehmer zueinander einen Konvergenzwinkel aufweisen, so daß die, aus zwei Blickrichtungen aufgenommenen Objektfelder annähernd identisch sind.

4. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildaufnehmer einen Festkörper-Bildsensor und eine Abbildungsoptik auf­ weist.

5. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnehmer im dista­ len Bereich des Endoskops axial hintereinander angeord­ net sind.

6. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvergenzwinkel zwi­ schen den Bildaufnehmern durch steuerbare Mikrostell­ elemente einstellbar ist.

7. Endoskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Mikrostell­ elemente die Lage der Abbildungsoptik eines Bildaufneh­ mers justieren.

8. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der distale Bereich des Endoskopschaftes Lichtleiterausgänge in Blickrichtung aufweist, die symmetrisch zu den Bildaufnehmern ange­ ordnet sind und das Objektfeld ausleuchten.

9. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Endoskopschaft im distalen Bereich eine Baueinheit vorgesehen ist, die eine diskrete, vorgebbare Gestalt des Endoskopschaftes im distalen Bereich im abgewinkelten Zustand bestimmt, und daß während des Einführvorgangs des Endoskops mit Hilfe einer länglichen Trokarhülse der gesamte Endos­ kopschaft eine gestreckte Form annimmt.

10. Endoskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit zur Abwinke­ lung des Endoskopschaftes im distalen Bereich aus einem Werkstoff mit thermischem oder mechanischem Gedächtnis­ vermögen besteht.

11. Endoskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwinkelung des Endos­ kopschaftes im distalen Bereich über Bowdenzüge oder steuerbare Gelenke erfolgt.

12. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörper-Bildsensoren mechanisch verbunden sind.

13. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörper-Bildsensoren der Bildaufnehmer auf einer einzigen Leiterplatte auf­ gebracht sind.

14. Endoskop nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörper-Bildsensoren bilderfassende Festkörperelemente, bspw. Halbleiter­ chips (Die) oder CCD-Arrays sind, die auf einem einzi­ gen Keramikträger aufgebracht sind.

15. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand und damit die Stereobasis der Bildaufnehmer veränderbar ist.

16. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Endoskopschaft im dista­ len Bereich ein zusätzlicher Bildaufnehmer in Gerade­ ausblickrichtung vorgesehen ist.

17. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörper-Bildsensoren zum Erfassen und Auslesen der Bildinformation mehrere Taktsignale und Versorgungsspannungen als Eingangs­ signale benötigen und zumindest ein Ausgangssignal liefern, das die Bildinformation enthält.

18. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssignale für zwei oder mehr Festkörper-Bildsensoren identisch sind, so daß für mehr als ein Sensor die Anzahl der Signal­ leitungen für Eingangssignale von der proximalseitigen Versorgungseinheit zur distalen Instrumentenspitze konstant bleibt.

19. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß pro Festkörper-Bildsensor jeweils eine Ausgangssignalleitung zur Bildinformati­ onsübertragung von distal- zur proximalseitigen Weiter­ verarbeitung notwendig ist.

20. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Aufbe­ reitungseinheit für die zum Auslesen der Festkörper- Bildsensoren erforderlichen Taktsignale im Endoskop­ schaft im distalen Bereich vorgesehen ist.

21. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitungseinheit die gemeinsamen Taktsignale für zwei oder mehr Festkör­ per-Bildsensoren zusammen aufbereitet und bereitstellt.

22. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der distale Endbereich des Endoskops fit dem Festkörper-Bildaufnahmesystem für die Stereobetrachtung als vom Instrument lösbare Stereo­ videosonde ausgeführt ist, welches ein magnetisches Element enthält, durch das die Sonde z. B. unter Verwen­ dung eines zweiten äußeren Magneten an beispielsweise der Bauchdecke positionierbar und befestigbar ist.

23. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Stereovideoeinheit mit einer proximalen Kontroll-, Verarbeitungs- und Darstel­ lungseinheit verbunden ist, so daß die Kontrolleinheit die Versorgungen und die Takte zum Auslesen der Bild­ aufnehmer bereitstellt, die Verarbeitungseinheit die zweikanalige Weiterverarbeitung der Bildsignale der beiden Bildaufnehmer des Stereoendoskops und die Aufbe­ reitung der Videosignale zur Stereodarstellung über­ nimmt und einer Darstellungseinheit, die auf dem Ein- Monitor/Shutter-Prinzip oder dem Zwei-Monitor-Prinzip beruht, die stereoskopische Darstellung ermöglicht.