DE4241938A1 - Endoskop insbesondere mit Stereo-Seitblickoptik - Google Patents
Endoskop insbesondere mit Stereo-SeitblickoptikInfo
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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.
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