WO2021175386A1 - Medizinisch-endoskopisches instrument - Google Patents

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WO2021175386A1
WO2021175386A1 PCT/DE2021/200028 DE2021200028W WO2021175386A1 WO 2021175386 A1 WO2021175386 A1 WO 2021175386A1 DE 2021200028 W DE2021200028 W DE 2021200028W WO 2021175386 A1 WO2021175386 A1 WO 2021175386A1
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lens
endoscopic instrument
led
medical endoscopic
sleeve extension
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PCT/DE2021/200028
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French (fr)
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Bernd Claus Weber
Moritz TEWES
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Richard Wolf Gmbh
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    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing

Definitions

  • the present disclosure relates to a medical endoscopic instrument with a distal elongated insertion section for minimally invasive insertion into a human or animal body. It is known to use endoscopes to make video recordings of the interior of a human or animal body for purposes of medical diagnosis and / or therapy. It is customary to illuminate the inside of the body with a light source and to take an image using an image sensor, for example a CCD (charge-coupled device) or CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) sensor.
  • CCD charge-coupled device
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • a correction filter is usually set in the prior art in the image path in front of the image sensor in order to generate a natural color impression of the recorded image.
  • the image sensors that are typically used are usually more sensitive than the eye, particularly in the red and infrared wavelength range, so that the correction filters used attenuate particularly strongly in this wavelength range.
  • the disadvantage here is that, because of the correction filter, significant portions of the light output that are coupled into the inside of the body and converted into heat there are not used for the image recording of the image sensor.
  • WO 95/17845 proposes a dichroic correction filter for better use or saving of the coupled light output not to be placed in the image path in front of the CCD sensor, but to be arranged in front of an external light source or in a light fleece system of the endoscope. So it is Lieh ⁇ that the CCD sensor is not supposed to pick up, not even coupled into the body ⁇ . This protects the tissue against the coupling of unnecessary light output and the heat generated in the tissue as a result.
  • the endoscopic video system known from WO 95/17845 is not suitable for being used either for white-light endoscopy or for fluorescence endoscopy.
  • fluorescence endoscopy which is used, for example, for the detection and localization of pre- and early malignant tissue, does not depend on a natural, true-color display of the tissue, but on fluorescence excitation, mi ⁇ which can distinguish pathological tissue from healthy tissue.
  • the pathological tissue excited by means of light radiation itself or a bacterial accumulation indicating pathological tissue can fluoresce specifically and thus be localized in a recognizable manner in relation to the surrounding healthy tissue.
  • Fluorescence endoscopy can, for example, be carried out as part of a photodynamic diagnosis (PDD) and / or photodynamic therapy (PDT) using a photosensitizer or marker substance that selectively accumulates in pathological tissue ⁇ .
  • PDD photodynamic diagnosis
  • PDT photodynamic therapy
  • endogenous fluorescence (autofluorescence) of the pathological tissue can be made visible without the use of a photosensitizer or marker substance ⁇ .
  • DE 10 2018 202 243 A1 describes a medical endoscopic instrument that can be used either for fluorescence endoscopy or for white light endoscopy and at the same time protects the tissue against the coupling of unusable light power ⁇ by it is the coupled light output for the respective Purpose better use ⁇ .
  • a light filter is used in front of the whitish LED.
  • the light spectrum of the blue ⁇ LED intended for fluorescence endoscopy still has relatively high proportions in a wavelength range of 440 to 470 nm ⁇ , which the relatively weak fluorescence signal of the photosensitizer resp. Noise of marker material.
  • a long-pass filter arranged in front of the image sensor for example with a spectral edge at approx. 470 nm, would improve the signal-to-noise ratio for fluorescence endoscopy in blue light operation, but in white light operation it would undesirably produce blue and violet light components up to approx Block 470 nm in the visible light spectrum, which leads to color distortion ⁇ .
  • a short-pass filter arranged in front of the blue ⁇ LED with a spectral edge at approx. 440 nm makes more sense in principle, but at the same time reduces the amount of light emerging from the illumination path, which must be as high as possible for effective fluorescence excitation.
  • the light output can in principle be increased, but the lens system takes up installation space with its axial length by which the bluish ⁇ LED must be set back proximally ⁇ . This in turn increases an undesirable keyhole effect. If you now make the axial thickness of the lenses of the lens system very small in order to reduce the axial length of the lens system, the precise and stable positioning and fixation of the lenses relative to one another and with respect to the instrument is very difficult and complex.
  • a medical endoscopic instrument with a distal elongate insertion section for minimally invasive insertion into a human or animal body, with at least one LED and a disfalskyrfs arranged in a distal end section of the insertion section
  • the lens system with an optical axis arranged by the LED, the lens system having a first lens and a second lens arranged disfalwarly from the first lens ⁇ .
  • the second lens has a sleeve extension extending proximally, the sleeve extension having a first reference surface for positioning the second lens with respect to the insertion section and a second reference surface for positioning the first lens with respect to the second lens ⁇ .
  • the sleeve extension of the second lens has the effect of, on the one hand, reducing the installation costs of the lens system and, on the other hand, ensuring an exact and stable alignment of the lenses with respect to the optical axis. Since the dimensions of the optically effective area of the lenses, ie without the H ülsenf ortsatz as mechanically effective Be rich, are very small in the lateral direction and especially in the axial direction, the exact alignment and fixation of the lenses with respect to the optical axis is a very demanding manual process if sufficient quality is to be achieved in alignment and fixation.
  • the sleeve extension facilitates the alignment with respect to the optical axis and the fixation enormously, which considerably reduces the installation costs of the lens system ⁇ .
  • the sleeve extension preferably provides the first reference surface on the outside, which in the instrument only allows a clear alignment with respect to the instrument axis ⁇ .
  • the sleeve extension can, for example, fit precisely into an inner diameter of a receptacle in the instrument can be embedded.
  • the outside first reference surface on the sleeve extension for example in the form of an outside cylinder jacket surface, can be glued very easily and stably in a receptacle in the instrument. In particular, this is very stable and durable. In addition, a tight connection can thus be created so that no fluids can penetrate proximally towards the lens system laterally past the instrument.
  • the fl uid extension does not have to be closed all the way around in the circumferential direction or a closed cylinder jacket surface, but can have circumferentially distributed first lateral reference surfaces that allow a clear alignment and fixation with respect to the instrument axis. If the extension of the sleeve does not have a circumferentially closed first reference surface in the form of a cylinder jacket surface, but rather n> 3 circumferentially distributed lateral first reference surfaces, these are preferably distributed n-fold rotationally symmetrically with respect to the optical axis.
  • the second reference surface which can preferably be an axially directed annular surface against which the first lens is supported ⁇
  • a defined positioning of the first lens relative to the second lens preferably in the axial direction
  • a radial inner surface of the sleeve extension can form the second reference surface or a third reference surface, the inner surface defining the positioning of the first lens relative to the second lens, preferably in the axial, radial and / or direction of rotation.
  • the inner surface can be tapered to achieve a relative position in both the axial and radial directions.
  • the first and the second reference surface directly determine the relative position of the first lens to the second lens in one dimension, for example axially or radially.
  • they have Normals of the first and second reference surfaces, preferably vertical components, which are aligned orthogonally to one another.
  • the first reference surface can indirectly determine the relative position of the first lens to the second lens in at least one dimension in that the first lens preferably also has a reference surface for positioning the first lens with respect to the insertion section ⁇ .
  • the sleeve extension of the first lens and / or the sleeve extension of the second lens can be provided with a radially circumferential or only sequential recess on its lateral surface facing the receptacle in the instrument.
  • the receptacle in the instrument can have a bulge, for example in the form of a detent, on its inner side, radially circumferentially or sequentially.
  • the radial bulge can be located on one of the neck continuations and the complementary radial indentation on the receptacle in the instrument.
  • the sleeve extension and receptacle can each be provided with a radial recess in a coordinated axial position, and the latching and the desired form fit can also be achieved
  • a flexible O-ring (made of silicone, for example) can be achieved ⁇ , which fills the space between the extension of the sleeve and the receptacle at the level of the recess ⁇ .
  • the O-ring can then ensure the necessary flexibility during installation or before it snaps into place.
  • a circumferential seal can also be supported by such an O-ring ⁇ .
  • the arrangement of a “collecting lens-Lichffilfer-diverging lens” lens system disfa Iseifig from the LED is so efficient because the collecting lens first collects the Lieh ⁇ emitted by the LED in the form of a Lamberf spotlight ⁇ and bundles it towards the light filter so that the angle of incidence on the light filter is as low as possible.
  • the transmission spectrum can shift significantly towards the short-wave. This is the case, for example, when the short-pass filter is a dichroic filter, that is to say an optical filter based on thin interference layers. The light yield can therefore decrease sharply with the angle of incidence.
  • the converging lens minimizes the angle of incidence, the light output is increased accordingly ⁇ .
  • the diffusing lens arranged in the lighting path behind the light filter widen the light ⁇ from ⁇ ri ⁇ cone again.
  • Luminous spectrum here is an intensity distribution 7 (2) of the light as a function of the wavelength l 0be of light ⁇ .
  • Mi ⁇ "transmission spectrum” is a distribution of the percentage light transmittance ⁇ T (l) as a function of the wavelength l 0be of light ⁇ .
  • the LED light spectrum suitable for fluorescence endoscopy can, for example, have a relatively sharp peak at 405 nm to 410 nm with a half-throw range of approx. 20 nm.
  • the LED would then be a blue-light LED.
  • the light spectrum suitable for whitish endoscopy of a second LED arranged parallel to the first LED can correspond to a typical light spectrum of a whitish LED between 410 nm and 710 nm.
  • the at least one LED is arranged as a light source in the insertion section in order to generate light “in situ” in the body, so that no external light source and no lighting system are required.
  • Fluorescence endoscopy can be operated with a first LED and white light endoscopy with a second LED. You can switch between fluorescence mode with the first LED and white light mode with the second LED.
  • An image sensor for example a CCD sensor or CMOS sensor, can be used for fluorescence endoscopy and white-light endoscopy and does not require a correction filter in the form of a short-pass filter in the image path that controls the light output that can be used for imaging in white light mode significantly decreased.
  • fluorescence endoscopy can be performed in the context of a PDD and / or PDT.
  • Preferred embodiments of the instrument can, however, primarily be designed for PDD if, for example, the first LED has a short-wave, blue first luminous spectrum in order to efficiently excite fluorescence.
  • the fluid process of the second lens can be a one-piece, integral part of the second lens.
  • the sleeve extension of the first lens can be a one-piece, integral part of the first lens.
  • the lens in question forms a “pot” open proximally, the distal “bottom” of which is optically effective and the outer wall of which is mechanically effective for alignment, fixing and lateral sealing. This saves a separate frame into which the individual components of the lens system would again have to be fitted in a complex manner.
  • the dielsenforfsafz can extend by a factor of 2 or more longer in the axial direction than the axial thickness of the second lens on the optical axis.
  • a factor of 5 or more can be advantageous here.
  • the fluid extension can even extend a factor of 2 or more longer in the axial direction than the diameter of the respective lens.
  • An upper limit for the axial length of the respective fl uid extension may be the structural integrity and fragility of the respective lens if it is made very long.
  • the axial length is limited in terms of manufacturing technology ⁇ .
  • the extension of the second lens can at least partially encompass the first lens.
  • the extension of the sleeve of the first lens preferably forms a stop acting distally against which a proximal end of the extension of the sleeve of the second lens is supported ⁇ .
  • a first distal section of the sleeve extension of the first lens preferably has a smaller outer diameter than a second proximal section of the first lens.
  • the outer diameter of the first distal section of the canal extension of the first lens fits ⁇ preferably into the inner diameter of the canal extension of the second lens.
  • the outside diameter of the second distal portion of the flul process of the first lens corresponds preferably to the outside diameter of the fluff process of the second lens.
  • the distal we kende stop of the first lens is preferably formed by a circumferential shoulder between the first and second section of the sleeve extension of the first lens.
  • the first lens can form a stop acting distally, which is axially supported against the second reference surface of the sleeve extension of the second lens ⁇ .
  • the stop is advantageous in order to achieve precise axial positioning and fixation of the components of the lens system with respect to one another.
  • the LED can be surrounded on the circumference by the sleeve extension of the first lens.
  • the LED can thus be arranged as close as possible to a preferably proximal planar side of the optically effective part of the first lens in order to minimize losses.
  • the sleeve extension can be produced by removing a blank core by means of an abrasive process, such as selective laser etching (SLE).
  • SLE selective laser etching
  • components made of sapphire and glass can be manufactured using an SLE process.
  • the core of the blank can be removed with an accuracy of 1 micrometer using a microscanner and a precise axis system.
  • the resulting surfaces can have an average roughness depth R z of less than 1 micrometer.
  • the sleeve extension of the converging lens and / or the diverging lens can be produced by a combined additive and ablative process.
  • nanoparticles of high-purity quartz glass can be mixed with a small amount of liquid plastic and cured by light using stereolithography at certain points.
  • the material that has remained liquid is then washed out in a second step in a solvent bath so that only the desired, hardened structure remains.
  • the plastic still mixed into this glass structure can then be removed by heating.
  • the glass can be heated to such an extent that the glass particles fuse together.
  • the sleeve extension of the converging lens and / or the diverging lens can be produced by a purely additive method.
  • the glass can be applied in layers using an oven that functions as a melting and extrusion unit.
  • a plasma torch can be used to smooth the surfaces.
  • the first lens can be a converging lens and the second lens can be a diverging lens.
  • the lens system can thus reduce an undesired keyhole effect.
  • a light filter can be arranged between the first lens and the second lens.
  • the lens system preferably corresponds to a “converging lens-light filter-freelens” arrangement.
  • the light filter can optionally be surrounded on the circumference by the sleeve extension of the second lens.
  • the light filter can thus be arranged as close as possible to a preferably proximal planar surface of the optically effective part of the second lens, which is designed, for example, as a divergent lens, in order to minimize losses.
  • the light filter can optionally be a short-pass filter.
  • the short-pass filter can have a spectral edge at approx. 440 nm in order to allow shorter wavelengths with an average transmission of over 90% to pass through in fluorescence operation and to block higher wavelengths with an average transmission of less than 10%.
  • a long-pass filter in the image path distal from the image sensor can be designed in such a way that its spectral edge is also around 440 nm, so that medium and long-wave components of the blue light component are also allowed through in white light mode in order to ensure good color reproduction in white light mode.
  • the first lens can be a plano-convex lens and / or the second lens can be a plano-concave lens, the respective planar surface pointing in the proximal direction.
  • This is particularly useful in order to minimize the axial length of the lens system and its axial distance from the LED over as large an area as possible and not just selectively, in order to capture as many LED beams as possible in the first and / or second lens.
  • the LED should be arranged as far distal as possible and the surface of the first lens facing the LED should have a large area and not only a minimal distance from the LED at certain points.
  • the lens system more compact the lens system and the shorter its axial distance to the LED or the larger its area with a minimum distance to the LED, the further distal the LED can be arranged and the greater the proportion of the light rays emitted by the LED that cover the entrance surface of the reach the first lens and are refracted by this towards the optical axis and can thus also reach the light filter and the second lens in order to minimize an undesirable keyhole effect.
  • the first lens and / or the second lens can be a Fresnel lens.
  • the axial length of the lens system is thus shortened even further, since the axial “thickness” of the first or second lens is reduced.
  • a first LED for fluorescence operation, a second LED for white light operation and an image sensor can be arranged on a common wall of the insertion section.
  • This is preferably a distal end face of the insertion section, the first LED, the second LED and the image sensor being oriented distally in the longitudinal direction of the insertion section.
  • the lateral installation space for placing the first LED, the second LED and the image sensor on the end face is very limited. It is hen in the wall of the insertion section, if necessary, only recesses with a diameter of 1 mm or less per LED or image sensor are available. In extreme cases, the available diameter can even be as low as 0.5 mm.
  • the image sensor in a plane perpendicular to the viewing direction, can have essentially the same distance from the first LED as from the second LED, and can preferably be arranged between the first LED and the second LED.
  • a user can simply switch between white light endoscopy and fluorescence endoscopy without the lighting angle and / or the lighting intensity or the shadow cast in the image changing significantly.
  • the image sensor is preferably arranged centrally on the end face.
  • the first and second LED can be arranged laterally offset therefrom with the smallest possible and the same lateral spacing on the end face.
  • the lens system can be arranged distal from the first LED in a recess in a wall of the insertion section, the wall defining an outer surface and the distance of a light emitting side of the first LED from the outer surface being at most two thirds of the diameter of the recess.
  • the outer surface can preferably be an end face of the insertion section.
  • At least one protective element permeable to blue light can be arranged on the distal side of the second lens.
  • a protective strap ⁇ can be a protective glass that is as thin as possible, Schu ⁇ zkuns ⁇ s ⁇ off and / or a silicon dioxide layer ⁇ applied to the distal side of the second lens.
  • the protective strap ⁇ can protect the second lens against mechanical damage such as scratches and chemical damage such as from aggressive body fluids, cleaning or processing media and / or oxidation.
  • the second lens which is preferably designed as a divergent lens, can be made of a hard or scratch-resistant and chemically resistant material, for example sapphire. Then the protective strap ⁇ can be dispensed with ⁇ . This can further reduce the keyhole effect ⁇ .
  • a plurality of n> 2 first LEDs and / or a plurality of m> 2 second LEDs in a plane perpendicular to the optical axis can be n-fold or m-fold rotationally symmetrical with respect to a line of sight of the image sensor in the insertion section. be arranged ⁇ .
  • An equal number of first LEDs and second LEDs, i.e. n m, can be provided, which are arranged in a circle around the image sensor in such a way that first LEDs and second LEDs alternate around the circle. If the first LEDs are used as relatively weak blue LEDs for fluorescence endoscopy ⁇ , however, it can be advantageous, for example, to provide more first LEDs than second white LEDs, i.e. m> n.
  • a method for setting a lens system suitable for use in a distal end of a medical endoscopic instrument with at least one lens, a sleeve extension of the lens being removed by removal of a blank core by means of an lowing process, such as selective laser milling (SLE), is generated.
  • SLE selective laser milling
  • components made of sapphire and glass can be manufactured using an SLE process.
  • the core of the blank can be removed with an accuracy of 1 micrometer using a microscanner and a precise axis system.
  • the resulting surfaces can have an average roughness depth R z of less than 1 micrometer.
  • the at least one lens can be given a pot-shaped shape, which has an optically effective pot base and a mechanically effective circumferential pot wall ⁇ .
  • an inner surface of the bottom of the pot can be worn in a planar manner.
  • the LED or a light filter can be arranged directly or with a small axial distance on the planar, preferably proximally pointing surface of the optically effective region.
  • a light filter can optionally be attached to the inner surface of the bottom of the pot.
  • an outer surface of the bottom of the pot can be manufactured in a curved manner.
  • the first lens can be ground as a plano-convex converging lens and the second lens as a plano-concave diverging lens.
  • a sleeve extension of a further lens of the lens system can also be produced by removing a blank core using an abrasive process such as selective laser etching (SLE).
  • the lenses can be arranged coaxially to one another and at least partially interlocking in the axial direction as a pre-assembled lens system and the pre-assembled lens system can be fitted into a distal end of a medical endoscopic instrument.
  • the components of the lens system are preferably glued to one another as a preassembled unit.
  • the sleeve extension of the converging lens and / or the divergent lens or the respective entire component, consisting of the sleeve extension and the actual lens can be produced by a combination of additive and ablative processes.
  • nanoparticles of high-purity quartz glass can be mixed with a small amount of liquid plastic and cured by light using Sfereolithography at certain or desired points.
  • the core of the blank in the form of material that has remained liquid is then washed out in a subsequent, second, removing step in a solvent bath, so that only the desired, hardened structure remains.
  • the plastic still mixed into this glass structure can then be removed by heating.
  • the glass can be heated to such an extent that the glass particles fuse together.
  • the sleeve extension of the converging lens and / or the diverging lens can be produced by a purely additive method.
  • the glass can be applied in layers using an oven that functions as a melting and extrusion unit.
  • a plasma torch can be used to smooth the surfaces.
  • FIG. 2a shows a schematic longitudinal section to illustrate the basic radiation characteristics of an LED on a light filter
  • 2b shows a transmission spectrum of a light filter as a function of the angle of incidence on the light filter
  • FIG. 2c shows a schematic longitudinal section to illustrate the change in the beam path compared to FIG. 2a when a converging lens is positioned between the LED and the light filter;
  • 3d-f schematic longitudinal sections through a distal section of an insertion section according to various exemplary embodiments of the medical endoscopic instrument disclosed herein.
  • FIG. 1 shows a distal end section of an insertion section 1 of a medical endoscopic instrument.
  • the insertion section 1 is intended to be introduced into a human or animal body in a minimally invasive manner, in order to be able to illuminate or irradiate it with ⁇ Lieh ⁇ and to enable video or image transmission from inside the body .
  • an outer diameter A of the insertion section 1 is as small as possible and in this exemplary embodiment is less than 5 mm.
  • a first LED 5, a second LED 7 and an image sensor 9 are arranged next to one another on a distal end face 3 of the insertion section 1, which are aligned disfally in a common viewing direction x, which in this exemplary embodiment of FIG
  • the longitudinal direction of the insertion section 1 corresponds to ⁇ .
  • the first LED 5, the second LED 7 and the image sensor 9 are each arranged in a recess 1 la, b, c in a front wall 13 of the insertion section 1 ⁇ .
  • the end wall 13 defines an outer surface 15 on the end face 3 of the insertion section 1.
  • the first LED 5, the second LED 7 and the image sensor 9 are each arranged behind protective elements 17a, b, c in the form of thin protective glass panes, all of which are aligned with the outer surface 15 on the end face 3 of the insertion section 1 and protect against mechanical damage such as scratches and chemical damage such as from aggressive body fluids, cleaning or treatment media and / or oxidation.
  • the protective elements 17a, b, c can also be configured as a common protective glass pane that overlaps the first LED 5, the second LED 7 and the image sensor 9.
  • the protective elements 17a, b, c are permeable to whitish ⁇ and in this exemplary embodiment have a refractive index of at least 1.75 as well as a higher breaking strength and hardness than conventional optical glass.
  • the protective elements 17a, b, c can be formed from a synthetic monocrystalline crystal ⁇ .
  • the protective elements 17a, b, c are optional here, however, since the optical elements located proximally can themselves be sufficiently resistant or can have a correspondingly resistant protective layer on the distal side.
  • the first LED 5 has a first light spectrum suitable for fluorescence endoscopy, which here has a peak between 405 nm and 410 nm with a half-width of 20 nm in the blue wavelength range.
  • a photodynamic diagnosis (PDD) and / or photodynamic Named therapy (PDT) a photosensitizer that selectively accumulates in pathological tissue ⁇ can be used to fluoresce in the red wavelength range ⁇ .
  • PDD photodynamic diagnosis
  • PDT photodynamic Named therapy
  • a photosensitizer that selectively accumulates in pathological tissue ⁇ can be used to fluoresce in the red wavelength range ⁇ .
  • Such a fluorescence in the red wavelength range can be well picked up by the image sensor 9, which is not preceded by a short-pass filter.
  • the image sensor 9 is preceded by an objective 21 and a long pass filter 23 with a spectral edge at approx.
  • the long-pass filter 23 blocks short-wave blue light from the first LED 5, which is scattered back directly from the body, but allows enough blue light through the second LED 7 for good color reproduction during white light operation.
  • the first luminous spectrum of the first LED 5, however, has significant proportions above 440 nm, the direct reflections of which on the object to be observed, for example on human tissue, make the fluorescence image noisy. Since the spectral edge of the long-pass filter 23 cannot be shifted further into the long-wave without impairing the coloring in white light operation, the first LED 5 is preceded by a short-pass filter 25 with a spectral edge at approx. 440 nm.
  • the second LED 7 has ⁇ a second light spectrum suitable for white light endoscopy, which has a peak in a first wavelength range from 400 nm to 500 nm ⁇ and in a second wavelength range from 550 nm to 700 nm with increasing wave length decreasing ⁇ .
  • the first LED 5 can have the same light spectrum as the second LED 7, provided that the fluorescence excitation required for the intended fluorescence endoscopy can be brought about. In this case, the first LED 5 and the second LED 7 can be of the same type.
  • the second LED 7 is offset from the first LED 5 in the distal direction. This is due to the fact that a lens system 19 in front of the first LED 5 and behind the protective strap ⁇ 17a is arranged ⁇ .
  • the lens system 19 has a short-pass filter 25 with a spectral edge at approximately 440 nm.
  • the short-pass filter 25 according to the transmission spectrum 27 (see FIG spectral edge. However, as can be seen from FIG. 2b, the position of the spectral edge of the short-pass filter 25 depends on the angle of incidence Q (see FIG. 2a).
  • the lens system 19 has a first Lens 29 in the form of a converging lens, which is connected between the first LED 5 and the short-pass filter 25 ⁇ .
  • the converging lens 29 significantly reduces the mean angle of incidence Q, so that the light yield for the fluorescent lamp is significantly increased.
  • the lens system 19 has a second lens 31 in the form of a scattering lens, which is connected upstream of the short-pass filter 25 distally . As shown in FIG. 3a, the illuminated solid angle can be increased in this way.
  • Fig. 3a the first LED 5 set back proximally in contrast to the second LED 7
  • the converging lens 29 is designed as a planoconvex lens, which is placed in the beam path so that its plane surface points to the LED 5 and also the distance between the plane surface and LED 5 is minimal, with an air gap ⁇ preferably remaining between the two components ⁇ in order to maintain a sufficiently high refractive index jump.
  • the light rays can pass through the light filter 25 and the scattering lens 31 and thus reach the object to be illuminated, for example the tissue to be examined.
  • the previously described procedure with the plano-convex lens has the further advantage that, in comparison with the procedure shown in FIG. 3a, the light rays hit the converging lens 29 at a smaller angle with respect to the normal and the so-called Fresnel losses are accordingly lower , the light output can thus be further increased.
  • the particularly strongly curved converging lens 29 can, as shown in FIG. 3c, be shortened in its axial length if it is designed as a Fresnel lens.
  • the diverging lens 31 can also be made thinner ⁇ as a Fresnel lens.
  • FIG. 3d shows the lens system 19 distalward from the first LED 5 in the distal end of an insertion section 1.
  • the exact alignment, fitting and fixation of the lens system 19 shown in FIG The axial length of the individual components and in particular the small fleas of the respective lateral surfaces that act as an interface to the recess 11a can be very expensive, imprecise and unstable.
  • FIGS. 3e and 3f show particularly advantageous embodiments of the lens system 19 in which both the converging lens 29 have a sleeve extension 33 and the scattering lens 31 has a sleeve extension 35 ⁇ .
  • the fluid extensions 33, 35 are an integral part of the lens 29, 31, which are each made in one piece.
  • the fluid extensions 33, 35 are preferably made by removing a blank core using an abrasive process, such as selective laser etching (SLE ), generated.
  • SLE selective laser etching
  • the fl uid continuations 33, 35 with the associated actual lenses 29, 31 but also by additive processes or by combined additive and querying processes.
  • the sleeve extensions 33, 35 form an external reference surface, with the aid of which the respective lens 29, 31 can be positioned and fixed much faster, more stable, easier and more precisely in the distal end of an insertion section 1.
  • the sleeve extension 33, 35 extends ⁇ by a factor of 2 or more longer in the axial direction than the axial thickness of the respective lens on the optical axis.
  • the converging lens 29 also protrudes with its curved distal side into the sleeve extension 35 of the diverging lens 31.
  • the first LED 5 is in turn surrounded on the circumference by the sleeve extension 33 of the converging lens 29.
  • the converging lens 29 forms ⁇ a stop 37 acting distally, against which a proximal end 39 of the sleeve extension 35 of the scattering lens 31 is supported ⁇ .
  • Fig. 3f an embodiment is shown in which the sleeve extension 35 of the scattering lens 31 at least partially surrounds the converging lens 29 and preferably also a distal section 41 of the H ggsenf ortsatzes 33 of the collecting lens 29 ⁇ .
  • the stop 37 is arranged further proximally than the planar side of the converging lens 29.
  • the first distal section 41 of the sleeve extension 33 of the collection lens 29 has a smaller outer diameter than a second proximal section 43 of the sleeve extension 33
  • the outer diameter of the first distal section 41 of the sleeve extension 33 of the collective lens 29 fits into the inner diameter of the sleeve extension 35 of the divergent lens 31.
  • the outer diameter of the second distal section 43 of the sleeve extension 33 of the converging lens 29 corresponds to ⁇ approximately the outer diameter of the sleeve extension 35 of the diverging lens 31.
  • the distally acting stop 37 of the collecting lens is preferably formed by a circumferential shoulder between the first 41 and second section 43 of the sleeve extension 33 of the collecting lens 29.
  • the embodiment of the “collecting lens-light filter-scattering lens” arrangement shown in FIG. 3f has the advantage that the components of the “collecting lens-light filter-scattering lens” arrangement have relatively large reference surfaces with respect to one another, which allow simple, precise and stable fixation of the Allow components together. As a result, the “collecting lens-light filter-scattering lens” arrangement can be fitted quickly, precisely and stably into a distal end of an insertion section 1 ⁇ as a stable, pre-assembled unit.

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Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein medizinisch-endoskopisches Instrument mit einem distalen länglichen Einführabschnitt (1) zum minimal-invasiven Einführen in einen menschlichen oder tierischen Körper, mit mindestens einer in einem distalen Endabschnitt des Einführabschnitts (1) angeordneten LED (5) und einem distalwärts von der LED (5) angeordneten Linsensystem (19) mit einer optischen Achse (x), wobei das Linsensystem (19) eine erste Linse (29) und eine distalwärts von der ersten Linse (29) angeordnete zweite Linse (31) aufweist, wobei die zweite Linse (31) einen sich proximalwärts erstreckenden Hülsenfortsatz (35) aufweist, wobei der Hülsenfortsatz (35) eine erste Referenzfläche zur Positionierung der zweiten Linse (31) bezüglich des Einführabschnitts (1) und eine zweite Referenzfläche (39) zur Positionierung der ersten Linse (29) bezüglich der zweiten Linse (31) aufweist.

Description

Medizinisch-endoskopisches Instrument
Beschreibung
[01 ] Die vorliegende Offenbarung betriff† ein medizinisch endoskopisches Instrument mit einem distalen länglichen Einführab- schniff zum minimal-invasiven Einführen in einen menschlichen oder tierischen Körper. [02] Es ist bekannt, Endoskope dazu zu nutzen, um Videoaufnahmen vom Inneren eines menschlichen oder tierischen Körpers zu Zwecken der medizinischen Diagnose und/oder Therapie zu machen. Dabei ist es üblich, das Körperinnere mit einer Lichtquelle auszuleuchten und über einen Bildsensor, beispielsweise einen CCD (charge-coupled device)- oder CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor)-Sensor eine Bildaufnahme durchzuführen. Da sich die Spektralempfindlichkeit eines solchen Bildsensors in der Regel von der eines menschlichen Auges un terscheidet, wird üblicherweise im Stand der Technik im Bildpfad vor dem Bildsensor ein Korrekturfilter gesetzt, um einen natürlichen Farbein- druck des aufgenommenen Bildes zu erzeugen. Die typischerweise ein gesetzten Bildsensoren sind üblicherweise insbesondere im roten und infraroten Wellenlängenbereich empfindlicher als das Auge, sodass die eingesetzten Korrekturfilter in diesem Wellenlängenbereich besonders stark dämpfen. Nachteilig dabei ist allerdings, dass wegen des Korrek- turfilters signifikante Anteile der Lichtleistung, die in das Körperinnere eingekoppelt und dort in Wärme umgesetzt werden, nicht für die Bild aufnahme des Bildsensors genutzt werden.
[03] Zur besseren Nutzung bzw. Einsparung der eingekoppelten Licht leistung schlägt die WO 95/17845 vor, ein dichroitisches Korrekturfilter nicht im Bildpfad vor dem CCD-Sensor zu platzieren, sondern vor eine exferne Lichtquelle oder in einem Lichfleifsysfem des Endoskops anzu ordnen. Es wird also Lieh†, das der CCD-Sensor nicht aufnehmen soll, gar nicht erst in den Körper eingekoppel†. Damit wird das Gewebe ge gen die Einkopplung unnötiger Lichtleistung und dadurch im Gewebe erzeugter Wärme geschützt.
[04] Das aus der WO 95/17845 bekannte endoskopische Videosystem ist allerdings nicht dazu geeignet, wahlweise für die Weißlicht- Endoskopie und für die Fluoreszenz-Endoskopie eingesetzt zu werden. Im Gegensatz zur Weißlicht-Endoskopie komm† es bei der Fluoreszenz- Endoskopie, die beispielsweise für die Detektion und Lokalisierung von prä- und frühmalignem Gewebe eingesetzt wird, nicht auf eine natürli che Echtfarb-Darstellung des Gewebes an, sondern auf eine Fluores zenzanregung, mi† der sich pathologisches Gewebe von gesundem Gewebe unterscheiden lässt. Dabei kann das mittels Lichtstrahlung an geregte pathologische Gewebe selbst oder eine auf pathologisches Gewebe hinweisende Bakterienansammlung spezifisch fluoreszieren und so gegenüber dem umliegenden gesunden Gewebe erkennbar lokalisiert werden. Die Fluoreszenz-Endoskopie kann beispielsweise im Rahmen einer photodynamischen Diagnose (PDD) und/oder photody namischen Therapie (PDT) mittels eines Photosensibilisators bzw. Marker stoffs durchgeführ† werden, der sich selektiv an pathologischem Ge webe anreicher†. Alternativ dazu kann ggf. auch eine endogene Fluo reszenz (Autofluoreszenz) des pathologischen Gewebes ohne Einsatz eines Photosensibilisators bzw. Markerstoffs sichtbar gemach† werden.
[05] In der DE 10 2018 202 243 Al ist ein medizinisch-endoskopisches Instrument beschrieben, das wahlweise für die Fluoreszenz-Endoskopie und für die Weißlicht-Endoskopie eingesetzt werden kann und gleich wohl das Gewebe gegen die Einkopplung nicht nutzbarer Lichtleistung schütz†, indem es die eingekoppelte Lichtleistung für den jeweiligen Verwendungszweck besser nutz†. Dabei wird ein Lichtfilter vor der Weiß- lichf-LED eingesetzt.
[06] Dabei ist allerdings problematisch, dass das Leuchfspekfrum der für die Fluoreszenz-Endoskopie bestimmten Blaulich†-LED beispielsweise noch relativ hohe Anteile in einem Wellenlängenbereich von 440 bis 470 nm ha†, welche das relativ schwache Fluoreszenz-Signal des Pho tosensibilisators bzw. Markerstoffs verrauschen. Ein vor dem Bildsensor angeordnetes Langpassfilter, beispielsweise mi† einer spektralen Kante bei ca. 470 nm, würde im Blaulichtbetrieb zwar das Signal-Rausch- Verhältnis für die Fluoreszenz-Endoskopie verbessern, aber es würde im Weißlichtbetrieb in unerwünschter Weise blaue und violette Lichtanteile bis ca. 470 nm im sichtbaren Lichtspektrum blockieren, was zu Farbver- zerrungen führ†. Ein vor der Blaulich†-LED angeordnetes Kurzpassfilter mi† einer spektralen Kante bei ca. 440 nm ist dahingehend prinzipiell sinn voller, aber reduzier† gleichzeitig die aus dem Beleuchtungspfad austre tende Lichtmenge, welche für die effektive Fluoreszenz-Anregung mög lichst hoch sein muss. Mi† einem distalwärts vor der Blaulich†-LED ange ordneten Linsensystem lässt sich die Lichtausbeute zwar prinzipiell erhö hen, aber das Linsensystem nimm† mi† seiner axialen Länge Bauraum ein, um den die Blaulich†-LED proximalwärts zurückversetz† angeordne† werden muss. Das wiederum erhöh† einen unerwünschten Schlüssel- locheffek†. Gestalte† man nun zur Reduzierung der axialen Länge des Linsensystems die axiale Dicke der Linsen des Linsensystems sehr klein, so ist die genaue und stabile Positionierung und Fixierung der Linsen relativ zueinander und bezüglich des Instruments sehr schwierig und aufwän dig.
[07] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein medizinisch-endoskopisches Instrument mi† einem effizienten Linsensys tem distal einer LED bereitzustellen, wobei das Linsensystem zum einen eine möglichst distalwärtige Position einer LED erlaub† und zum anderen die Linsen des Linsensystems möglichst einfach, genau und stabil posifi- onierbar und fixierbar sind.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein medizinisch-endoskopisches Instrument bereifgesfellf mit einem distalen länglichen Einführabschni†† zum minimal-invasiven Einführen in einen menschlichen oder tierischen Körper, mit mindestens einer in einem dis talen Endabschni†† des Einführabschniffs angeordnefen LED und einem disfalwärfs von der LED angeordnefen Linsensysfem mit einer optischen Achse, wobei das Linsensysfem eine erste Linse und eine disfalwärfs von der ersten Linse angeordnefe zweite Linse aufweis†. Dabei weis† die zweite Linse einen sich proximalwärts erstreckenden Hülsenfortsatz auf, wobei der Hülsenfortsatz eine erste Referenzfläche zur Positionierung der zweiten Linse bezüglich des Einführabschnitts und eine zweite Refe renzfläche zur Positionierung der ersten Linse bezüglich der zweiten Lin se aufweis†.
[08] Der Hülsenfortsatz der zweiten Linse ha† den Effekt, einerseits die Einbaukosten des Linsensystems zu reduzieren und andererseits eine exakte und stabile Ausrichtung der Linsen bzgl. der optischen Achse zu gewährleisten. Da die Abmessungen des optisch wirksamen Bereichs der Linsen, d.h. ohne den H ülsenf ortsatz als mechanisch wirksamen Be reich, in lateraler Richtung und vor allem in axialer Richtung sehr klein sind, wäre ohne den Hülsenfortsatz die exakte Ausrichtung und Fixie rung der Linsen bzgl. der optischen Achse ein sehr anspruchsvoller ma nueller Prozess, wenn eine hinreichende Qualität bei der Ausrichtung und Fixierung erziel† werden soll. Der Hülsenfortsatz erleichtert die Aus richtung bzgl. der optischen Achse und die Fixierung enorm, was die Einbaukosten des Linsensystems erheblich reduzier†. Der Hülsenfortsatz stell† nämlich vorzugsweise außenseitig die ersten Referenzfläche bereit, die im Instrument nur eine eindeutige Ausrichtung bzgl. der Instrumen tenachse erlaub†. Der Hülsenfortsatz kann beispielsweise passgenau in einen Innendurchmesser einer Aufnahme im Instrument eingelassen werden. Die außenseitige erste Referenzfläche am Hülsenf ortsatz, bei spielsweise in Form einer außenseitigen Zylindermantelfläche, kann sehr einfach und stabil in einer Aufnahme im Instrument verklebt werden. Dies ist insbesondere sehr stabil und haltbar. Außerdem kann damit eine Dichte Verbindung geschaffen werden, sodass keine Fluide proximal wärts am Linsensystem lateral vorbei in das Instrument eindringen kön nen. Der Fl ülsenf ortsatz muss allerdings nicht in Umfangsrichtung umlau fend geschlossen bzw. eine geschlossene Zylindermantelfläche sein, sondern kann umlaufend verteilte laterale erste Referenzflächen auf weisen, die eine eindeutige Ausrichtung und Fixierung bzgl. der Instru mentenachse erlauben. Wenn der Flülsenfortsatz keine umlaufend ge schlossene erste Referenzfläche in Form einer Zylindermantelfläche hat, sondern n > 3 umlaufend verteilte laterale erste Referenzflächen, so sind diese vorzugsweise n-zählig rotationssymmetrisch bzgl. der optischen Achse verteilt.
[09] Mit der zweiten Referenzfläche, die vorzugsweise eine axial aus gerichtete Ringfläche sein kann, gegen die sich die erste Linse abstütz†, wird eine definierte Positionierung der ersten Linse relativ zur zweiten Linse, vorzugsweise in Axialrichtung, ermöglicht. Alternativ oder zusätz lich kann eine radiale Innenfläche des Flülsenfortsatzes die zweite Refe renzfläche oder eine dritte Referenzfläche bilden, wobei die Innenflä che die Positionierung der ersten Linse relativ zur zweiten Linse, vorzugs weise in Axial-, Radial- und/oder in Drehrichtung, festleg†. Eine definierte relative Positionierung in Drehrichtung spielt dabei dann eine Rolle, wenn das Linsensystem nicht rotationssymmetrisch bezüglich der opti schen Achse ist. Die Innenfläche kann konisch verlaufen, um sowohl eine relative Position in Axial- als auch in Radialrichtung zu erzielen. Vor zugsweise bestimmen allerdings mittelbar die erste und unmittelbar die zweite Referenzfläche die relative Position der ersten Linse zur zweiten Linse in jeweils einer Dimension, z.B. axial bzw. radial. Dazu haben die Normalen der ersten und der zweiten Referenzfläche vorzugsweise Vek- forkomponenfen, die orthogonal zueinander ausgerichfef sind. Die ers te Referenzfläche kann mittelbar die Relafivposifion der ersten Linse zur zweiten Linse zumindest in einer Dimension dadurch bestimmen, dass die erste Linse vorzugsweise ebenfalls eine Referenzfläche zur Positionie rung der ersten Linse bezüglich des Einführabschniffs aufweis†.
[10] Optional kann der Hülsenfortsatz der ersten Linse und/oder der Hülsenfortsatz der zweiten Linse auf seiner der Aufnahme im Instrument zugewandten Mantelfläche mi† einer radial umlaufenden oder nur se quentiell ausgeführten Vertiefung versehen sein. Passend dazu, d.h. in entsprechender und definierter Höhe angeordne†, kann die Aufnahme im Instrument auf ihrer Innenseite radial umlaufend oder sequentiell ei ne Auswölbung, beispielsweise in Form einer Rastnase, aufweisen. Alter nativ oder zusätzlich dazu kann sich umgekehrt die radiale Auswölbung an einem der Hü Isen fortsä †ze und die komplementäre radiale Vertie fung an der Aufnahme im Instrument befinden. Dies erlaub† eine defi nierte axiale Positionierung der entsprechenden Linse mi† ihrem Hülsen fortsatz gegenüber der Aufnahme im Instrument und sorg† zusätzlich für einen Formschluss. Ist die Flexibilität von Hülsenfortsatz und/oder Auf nahme für einen Einrastvorgang nicht groß genug, dann können Hül senfortsatz und Aufnahme jeweils mi† einer in aufeinander abgestimm ter axialer Position angebrachten radialen Vertiefung versehen werden und das Einrasten sowie der gewünschte Formschluss mi† einem zusätz lichen flexiblen O-Ring (beispielsweise aus Silikon) erziel† werden, der den entstehenden Raum zwischen den Hülsenfortsatz und Aufnahme auf der Höhe der Vertiefung ausfüll†. Der O-Ring kann dann auf der Ba sis seiner Flexibilität für die notwendige Nachgiebigkeit während des Einbaus bzw. noch vor dem Einrasten sorgen. Auch eine umlaufende Abdichtung kann durch einen solchen O-Ring unterstütz† werden. [1 1 ] Die Anordnung des Linsensystems, vorzugsweise in Form einer „Sammellinse-Lichtfilter-Streulinse“-Anordnung, distalseitig von der LED erhöht die Lichtausbeute in erheblichem Maße, wobei das Lichtfilter insbesondere für ein gutes Signal-Rausch-Verhälfnis bei der Fluoreszenz- Endoskopie sorgen kann. Die Anordnung eines „Sammellinse-Lichffilfer- Streulinse“-Linsensysfems disfa Iseifig von der LED ist deshalb so effizient, weil die Sammellinse zunächst das in Form eines Lamberf-Strahlers von der LED abgesfrahlfe Lieh† einsammel† und zum Lichtfilter hin bündelt, sodass der Einfallswinkel auf das Lichtfilter möglichst gering ist. Mi† stei gendem Einfallswinkel kann sich nämlich beispielsweise bei einem Kurz passfilter das Transmissionsspektrum stark zum Kurzwelligen hin verschie ben. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn es sich bei dem Kurz passfilter um ein dichroitisches Filter handelt, also um ein optisches Filter auf der Basis dünner Interferenzschichten. Die Lichtausbeute kann also stark mi† dem Einfallswinkel abnehmen. Da die Sammellinse den Ein fallswinkel minimiert, wird die Lichtausbeute entsprechend erhöh†. Um nicht nur eine spotartige, sondern eine flächige Ausleuchtung des Ge webes zu erzielen, weite† die im Beleuchtungspfad hinter dem Lichtfilter angeordnete Streulinse den Lich†aus†ri††skegel wieder auf.
[12] Mi† „Leuchtspektrum“ sei hier eine Intensitätsverteilung 7(2) des Lichts in Abhängigkeit von der Wellenlänge l 0be Lichts gemein†. Die mittlere Intensität in einem Wellenlängenbereich zwischen einer Wellen länge l und einer Wellenlänge l2 sei hier definiert als 7 =
Figure imgf000009_0001
Mi† „Transmissionsspektrum“ sei hier eine Verteilung der prozentualen Lichtdurchlässigkei† T(l) in Abhängigkeit von der Wellenlänge l 0be Lichts gemein†. Die mittlere Transmission bzw. Durchlässigkeit in einem Wellenlängenbereich zwischen einer Wellenlänge li und einer Wellen länge l2 sei hier definier† als f = Sollten die Funktionen 7(71)
Figure imgf000009_0002
und/oder T(l) für bestimmte Wellenlängen bzw. Spektrallinien im ersten und/oder zweiten Wellenlängenbereich nicht lokal integrierbar sein, so sind solche Wellenlängen bzw. Spektrallinien bei der Mittelung zu igno rieren. Das für eine Fluoreszenz-Endoskopie geeignete Leuchfspekfrum der LED kann beispielsweise einen relativ scharfen Peak bei 405 nm bis 410 nm haben mit einer Halbwerfsbreife von ca. 20 nm. Die LED wäre dann eine Blaulichf-LED. Das für eine Weißlichf-Endoskopie geeignete Leuchfspekfrum einer parallel zur ersten LED angeordnefen zweiten LED kann einem typischen Lichfspekfrum einer Weißlichf-LED zwischen 410 nm und 710 nm entsprechen.
[13] Die mindestens eine LED ist als Lichtquelle im Einführabschni†† angeordnef, um Lieh† „in situ“ im Körper zu erzeugen, sodass es keiner externen Lichtquelle und keines Lich†lei†sys†ems bedarf. Mi† einer ersten LED kann die Fluoreszenz-Endoskopie betrieben werden und mi† einer zweiten LED die Weißlicht-Endoskopie. Zwischen dem Fluoreszenzbetrieb mi† der ersten LED und dem Weißlichtbetrieb mi† der zweiten LED kann wahlweise umgeschalte† werden. Ein Bildsensor, beispielsweise ein CCD-Sensor oder CMOS-Sensor, kann entsprechend wahlweise für die Fluoreszenz-Endoskopie und die Weißlicht-Endoskopie genutzt werden und bedarf keines Korrekturfilters in Form eines Kurzpassfilters im Bild pfad, der die für die Bildgebung im Weißlichtbetrieb nutzbare Lichtleis tung erheblich verringerte. Mi† dem hierin offenbarten Instrument kann die Fluoreszenz-Endoskopie im Rahmen einer PDD und/oder PDT durch- geführ† werden. Bevorzugte Ausführungsformen des Instruments können jedoch vornehmlich für die PDD ausgeleg† sein, wenn beispielsweise die erste LED ein kurzwelliges, blaues erstes Leuchtspektrum ha†, um effizient Fluoreszenz anzuregen.
[14] Optional kann der Fl ülsenfortsatz der zweiten Linse ein einstücki ger, integraler Teil der zweiten Linse sein. Entsprechend kann der Plülsen- fortsatz der ersten Linse ein einstückiger, integraler Teil der ersten Linse sein. Mi† anderen Worten bilde† die jeweilige Linse einen proximalwärts offenen „Topf“, dessen distalseitiger „Boden“ optisch wirksam ist und dessen Außenwandung mechanisch wirksam zur Ausrichtung, Fixierung und lateralen Abdichtung ist. Damit wird eine separate Fassung erspart, in welche wiederum in aufwändiger Weise die einzelnen Komponenten des Linsensysfems einzupassen wären.
[15] Optional kann sich der Flülsenforfsafz um einen Faktor 2 oder mehr länger in axiale Richtung erstrecken als die axiale Dicke der zwei ten Linse an der optischen Achse. Insbesondere ein Faktor 5 oder mehr kann hierbei vorteilhaft sein. Je länger sich der Flülsenforfsafz in axiale Richtung erstreck†, umso fester und genauer kann das Linsensystem im Instrument angeordne† und fixier† werden. Der Fl ülsenf ortsatz kann sich sogar einen Faktor 2 oder mehr länger in axiale Richtung erstrecken als der Durchmesser der jeweiligen Linse. Eine Obergrenze für die axiale Länge des jeweiligen Fl ülsenf ortsatzes stell† ggf. die strukturelle Integrität und Brüchigkeit der jeweiligen Linse dar, wenn diese sehr lang ausge stalte† wird. Außerdem ist die axiale Länge fertigungstechnisch limitier†.
[16] Optional kann der Fl ülsenf ortsatz der zweiten Linse die erste Linse zumindest teilweise umgreifen. Vorzugsweise bilde† dabei der Flülsen- fortsatz der ersten Linse einen distalwärts wirkenden Anschlag, gegen den sich ein proximales Ende des Flülsenfortsatzes der zweiten Linse ab stütz†. Vorzugsweise ha† dabei ein erster distaler Abschnitt des Flülsen fortsatzes der ersten Linse einen kleineren Außendurchmesser als ein zweiter proximaler Abschnitt der ersten Linse. Der Außendurchmesser des ersten distalen Abschnitts des Flülsenfortsatzes der ersten Linse pass† vorzugsweise in den Innendurchmesser des Flülsenfortsatzes der zweiten Linse. Der Außendurchmesser des zweiten distalen Abschnitts des Flül senfortsatzes der ersten Linse entsprich† vorzugsweise dem Außen durchmesser des Flülsenfortsatzes der zweiten Linse. Der distalwärts wir kende Anschlag der ersten Linse wird dabei vorzugsweise durch einen umlaufenden Absatz zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt des Flülsenfortsatzes der ersten Linse gebildet. [17] Optional kann die erste Linse einen distalwärts wirkenden An schlag bilden, der sich gegen die zweite Referenzfläche des Hülsenfort satzes der zweiten Linse axial abstütz†. Der Anschlag ist vorteilhaft, um eine genaue axiale Positionierung und Fixierung der Komponenten des Linsensystems zueinander zu erzielen.
[18] Optional kann die LED umfangseitig vom Hülsenfortsatz der ers ten Linse umgeben sein. Damit kann die LED so nah wie möglich an eine vorzugsweise proximalseitige planare Seite des optisch wirksamen Teils der ersten Linse angeordnet werden, um Verluste zu minimieren.
[19] Optional kann der Hülsenfortsatz durch Entfernen eines Rohling kerns mittels eines abtragenden Verfahrens, wie zum Beispiel Selektives Laserätzen (SLE), erzeugt sein. Beispielsweise können mit einem SLE- Verfahren Bauteile aus Saphir und Glas gefertigt werden. Der Rohling kern kann durch Einsatz eines Mikroscanners und einem präzisen Achs- system mit einer Genauigkeit von 1 Mikrometer abgetragen werden. Die so entstehenden Oberflächen können dabei eine gemittelte Rau tiefe Rz von weniger als 1 Mikrometer haben.
[20] Optional kann der Hülsenfortsatz der Sammellinse und/oder der Streulinse durch ein kombiniertes additives und abtragendes Verfahren erzeugt sein. Beispielsweise können in einem ersten Schritt Nanopartikel hochreinen Quarzglases mit einer kleinen Menge flüssigen Kunststoffs gemischt werden und durch Licht mittels Stereolithografie an bestimm ten Stellen aushärten. Das flüssig geblieben Material wird dann in einem zweiten Schritt in einem Lösungsmittelbad herausgewaschen, sodass nur die gewünschte, ausgehärtete Struktur bestehen bleibt. Der in die ser Glasstruktur noch eingemischte Kunststoff kann anschließend durch Erhitzen entfernt werden. Durch einen abschließenden Sinterprozess kann das Glas so weit erhitzt werden, dass die Glaspartikel miteinander verschmelzen. [21 ] Optional kann der Hülsenfortsatz der Sammellinse und/oder der Streulinse durch ein rein additives Verfahren erzeugt sein. Dabei kann das Glas mit einem Ofen, der als Schmelz- und Extrusionseinheit fungiert, schichtweise aufgetragen werden. Zur Glättung der Oberflächen kann ein Plasmabrenner eingesetzt werden.
[22] Optional kann die erste Linse eine Sammellinse und die zweite Linse eine Streulinse sein. Damit kann durch das Linsensystem ein uner- wünschterSchlüssellocheffekt reduziert werden.
[23] Optional kann ein Lichtfilter zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse angeordnet sein. Das Linsensystem entspricht vorzugswei se einer „Sammellinse-Lichtfilter-Sfreulinse“-Anordnung.
[24] Optional kann dabei das Lichtfilter umfangseitig vom Hülsenfort- satz der zweiten Linse umgeben sein. Damit kann das Lichtfilter so nah wie möglich an eine vorzugsweise proximalseitige planare Fläche des optisch wirksamen Teils der zweiten Linse, die z.B. als Streulinse ausge- führt ist, angeordnet werden, um Verluste zu minimieren.
[25] Optional kann das Lichtfilter ein Kurzpassfilter sein. Beispielsweise kann das Kurzpassfilter eine spektrale Kante bei ca. 440 nm haben, um im Fluoreszenzbetrieb kürzere Wellenlängen mit einer mittleren Transmis sion von über 90% durchzulassen und höhere Wellenlängen mit einer mittleren Transmission von unter 10% zu blockieren. Ein Langpassfilter im Bildpfad distalseitig vom Bildsensor kann dabei so ausgelegt sein, dass dessen spektrale Kante ebenfalls bei ca. 440 nm liegt, sodass auch mitt lere und langwellige Anteile des blauen Lichtanteils im Weißlichtbetrieb durchgelassen werden, um eine gute Farbwidergabe im Weißlichtbe trieb zu gewährleisten. [26] Optional kann die erste Linse eine Plankonvexlinse und/oder die zweite Linse eine Plankonkavlinse sein, wobei die jeweilige plane Fläche in proximale Richtung zeigt. Dies ist besonders sinnvoll, um die axiale Länge des Linsensystems und dessen axialen Abstand zur LED möglichst großflächig und nicht nur punktuell zu minimieren, um möglichst viele LED-Strahlen in die erste und/oder zweite Linse einzufangen. Um einen unerwünschten Schlüssellocheffekt, der die Effizienz der Fluoreszenz- Endoskopie beeinträchtigt, zu reduzieren, sollte nämlich die LED so weit distalwärts angeordnet sein wie möglich und die der LED zugewandte Fläche der ersten Linse großflächig und nicht nur punktuell einen mini malen Abstand zur LED haben. Je kompakter das Linsensystem und je kürzer dessen axialer Abstand zur LED bzw. je größer deren Fläche mit minimalem Abstand zur LED ist, umso weiter distalwärts kann die LED angeordnet werden und umso größer ist der Anteil der von der LED emittierten Lichtstrahlen, die die Eintrittsfläche der ersten Linse erreichen und von dieser zur optischen Achse hin gebrochen werden und so auch noch das Lichtfilter und die zweite Linse erreichen können, um einen unerwünschten Schlüssellocheffekt zu minimieren.
[27] Optional kann die erste Linse und/oder die zweite Linse eine Fresnellinse sein. Die axiale Länge des Linsensystems ist damit noch wei ter verkürzt, da die axiale „Dicke“ der ersten bzw. zweiten Linse verrin gert ist.
[28] Optional können eine erste LED für den Fluoreszenz-Betrieb, eine zweite LED für den Weißlichtbetrieb und ein Bildsensor an einer gemein samen Wandung des Einführabschnitts angeordnet sein. Vorzugsweise ist dies eine distale Stirnseite des Einführabschnitts, wobei die erste LED, die zweite LED und der Bildsensor distalwärts in Längsrichtung des Ein führabschnitts ausgerichtet sind. Insbesondere in dieser Ausführungs form ist der laterale Bauraum für die Platzierung der ersten LED, der zweiten LED und des Bildsensors an der Stirnseite sehr begrenzt. Es ste- hen in der Wandung des Einführabschnitts ggf. nur Ausnehmungen mit einem Durchmesser von 1 mm oder weniger pro LED bzw. Bildsensor zur Verfügung. In extremen Fällen kann der zur Verfügung stehende Durchmesser sogar nur 0,5 mm befragen.
[29] Optional kann der Bildsensor in einer zur Blickrichtung senkrech ten Ebene im Wesentlichen den gleichen Abstand zur ersten LED haben wie zur zweiten LED, und vorzugsweise zwischen der ersten LED und der zweiten LED angeordnet sein. Dadurch kann ein Anwender einfach wahlweise zwischen Weißlicht-Endoskopie und Fluoreszenz-Endoskopie umschalten, ohne dass sich der Beleuchtungswinkel und/oder die Be- leuchtungsintensität bzw. der Schattenwurf im Bild stark ändern. Zwar könnte man durch unterschiedliche Ansteuerung der ersten LED und der zweiten LED unterschiedliche Abstände ggf. kompensieren, jedoch wäre dies energetisch weniger effizient. Vorzugsweise ist der Bildsensor zentral an der Stirnseite angeordnet. Die erste und zweite LED können seitlich versetzt davon mit möglichst geringem und gleichem lateralen Abstand an der Stirnseite angeordnet sein.
[30] Optional kann das Linsensystem distalwärts von der ersten LED in einer Ausnehmung in einer Wandung des Einführabschnitts angeordnet sein, wobei die Wandung eine Außenfläche definiert und der Abstand einer Lichtabstrahlseite der ersten LED von der Außenfläche höchstens zwei Drittel des Durchmessers der Ausnehmung beträgt. Die Außenflä che kann vorzugsweise eine Stirnfläche des Einführabschnitts sein. Die Ausnehmung, in der die erste LED sitzt, bedingt einen gewissen „Tunnel blick“ bzw. Schlüssellocheffekt, da die erste LED wegen des vorgeschal teten Linsensystems gegenüber der Außenfläche proximalwärts ange- ordnet ist.
[31 ] Optional kann mindestens ein für Blaulicht durchlässiges Schutze- lement distalseitig der zweiten Linse angeordnet sein. Das mindestens eine Schutzeiemen† kann dabei ein möglichst dünnes Schutzglas, Schu†zkuns†s†off und/oder eine distalseitig auf der zweiten Linse aufge brachte Siliziumdioxidschich† sein. Das Schutzeiemen† kann die zweite Linse gegen mechanische Beschädigung wie etwa Verkratzungen und chemische Beschädigung wie etwa durch aggressive Körperflüssigkei ten, Reinigungs- oder Aufbereitungsmedien und/oder Oxidation schüt zen.
[32] Optional kann die vorzugsweise als Streulinse ausgebildete zwei te Linse aus einem harten bzw. kratzfesten und chemisch beständigen Werkstoff, beispielsweise aus Saphir, gefertigt sein. Dann kann auf das Schutzeiemen† verzichte† werden. Damit kann man den Schlüssel- locheffek† weiter verringern.
[33] Optional können eine Mehrzahl von n > 2 ersten LEDs und/oder eine Mehrzahl von m > 2 zweiten LEDs in einer zur optischen Achse senk rechten Ebene n-zählig bzw. m-zählig rotationssymmetrisch bezüglich einer Blickrichtungsachse des Bildsensors im Einführabschni†† angeord- ne† sein. Dadurch wird sowohl für die Weißlichtendoskopie als auch für die Fluoreszenz-Endoskopie ein unerwünschter Schattenwurf reduzier†. Es kann dabei eine gleiche Anzahl von ersten LEDs und zweiten LEDs, also n=m, vorgesehen sein, die in einem Kreis um den Bildsensor herum so angeordne† sind, das sich kreisumlaufend erste LEDs und zweite LEDs abwechseln. Wenn die ersten LEDs als relativ lichtschwache blaue LEDs zur Fluoreszenz-Endoskopie verwende† werden, kann es allerdings bei spielsweise vorteilhaft sein, mehr erste LEDs vorzusehen als zweite weiße LEDs, also m > n.
[34] Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren bereitgestell† zur Fierstellung eines für den Einsatz in einem distalen Ende eines medizinisch-endoskopischen Instruments ge eigneten Linsensystems mi† mindestens einer Linse, wobei ein Fiülsenfort- sa†z der Linse durch Entfernen eines Rohlingkerns mittels eines abtra- genden Verfahrens, wie zum Beispiel Selektives Laseräfzen (SLE), erzeug† wird. Beispielsweise können mit einem SLE-Verfahren Bauteile aus Saphir und Glas gefertigt werden. Der Rohlingkern kann durch Einsatz eines Mikroscanners und einem präzisen Achssystem mit einer Genauigkeit von 1 Mikrometer abgetragen werden. Die so entstehenden Oberflä chen können dabei eine gemittelte Rautiefe Rz von weniger als 1 Mik rometer erhalten.
[35] Optional kann die mindestens eine Linse durch das Entfernen des Rohlingkerns eine topfförmige Gestalt erhalten, die einen optisch wirk- samen Topfboden und eine mechanisch wirksame umfangseitige Topfwandung aufweis†.
[36] Optional kann eine Innenfläche des Topfbodens planar abge tragen werden. An die planare, vorzugsweise proximalwärts weisende Fläche des optisch wirksamen Bereichs kann direkt oder mit geringem axialen Abstand die LED bzw. ein Lichtfilter angeordnet werden. Optio nal kann also ein Lichtfilter an der Innenfläche des Topfbodens befestigt werden.
[37] Optional kann eine Außenfläche des Topfbodens gewölbt gefer tigt werden. Beispielweise kann die erste Linse als Plankonvex- Sammellinse geschliffen werden und die zweite Linse als Plankonkav- Streulinse.
[38] Optional kann ein Hülsenfortsatz einer weiteren Linse des Linsen systems ebenfalls durch Entfernen eines Rohlingkerns mittels eines ab tragenden Verfahrens, wie zum Beispiel Selektives Laserätzen (SLE), er- zeugt werden. [39] Optional können die Linsen koaxial zueinander angeordnet und zumindest teilweise in axialer Richtung ineinandergreifend als vormon tiertes Linsensystem miteinander befestigt werden und das vormontierte Linsensystem in ein distales Ende eines medizinisch-endoskopischen In struments eingepasst werden. Die Komponenten des Linsensystems werden vorzugsweise als vormontierte Einheit miteinander verklebt.
[40] Optional kann der Hülsenfortsatz der Sammellinse und/oder der Streulinse bzw. die jeweilige gesamte Komponente, bestehend aus Hül senfortsatz und eigentlicher Linse, durch eine Kombination aus additi vem und abtragendem Verfahren erzeugt sein. Beispielsweise können in einem vorgelagerten ersten, additiven Schritt Nanopartikel hochrei nen Quarzglases mit einer kleinen Menge flüssigen Kunststoffs gemischt werden und durch Licht mittels Sfereolithografie an bestimmten bzw. gewünschten Stellen aushärten. Der Rohlingkern in Form von flüssig ge bliebenem Material wird dann in einem darauffolgenden zweiten, ab tragenden Schritt in einem Lösungsmittelbad herausgewaschen, sodass nur die gewünschte, ausgehärtete Struktur bestehen bleibt. Der in die ser Glasstruktur noch eingemischte Kunststoff kann anschließend durch Erhitzen entfernt werden. Durch einen abschließenden Sinterprozess kann das Glas so weit erhitzt werden, dass die Glaspartikel miteinander verschmelzen.
[41 ] Optional kann der Hülsenfortsatz der Sammellinse und/oder der Streulinse durch ein rein additives Verfahren erzeugt sein. Dabei kann das Glas mit einem Ofen, der als Schmelz- und Extrusionseinheit fungiert, schichtweise aufgetragen werden. Zur Glättung der Oberflächen kann ein Plasmabrenner eingesetzt werden.
[42] Die Offenbarung ist nachfolgend anhand von einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zei gen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen distalen Abschnitt eines Einführabschnitts gemäß einem Ausführungsbeispiel des hierin of fenbarten medizinisch-endoskopischen Instruments;
Fig. 2a einen schemafischen Längsschnitt zur Illustration der prinzipiellen Absfrahlcharakferisfik einer LED auf ein Lichffilfer;
Fig. 2b ein Transmissionsspekfrum eines Lichffilfers in Abhängigkeit des Einfallswinkels auf das Lichffilfer;
Fig. 2c einen schemafischen Längsschnitt zur Illustration der Verände rung des Strahlengangs gegenüber Fig. 2a, wenn zwischen LED und Lichffilfer eine Sammellinse positioniert ist; und
Fig. 3a-c schemafische Längsschnitte einer optischen Anordnung von LED und Lichffilfer mit Linsensysfem gemäß verschiedenen Ausführungs beispielen des hierin offenbarten medizinisch-endoskopischen Instru ments; und
Fig. 3d-f schemafische Längsschnitte durch einen distalen Abschnitt eines Einführabschniffs gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des hierin offenbarten medizinisch-endoskopischen Instruments.
[43] Fig. 1 zeig† einen distalen Endabschni†† eines Einführabschnitts 1 eines medizinisch-endoskopisches Instruments. Der Einführabschni†† 1 ist dazu vorgesehen, minimal-invasiv in einen menschlichen oder tieri schen Körper eingeführ† zu werden, um diesen mi† Lieh† ausleuchten bzw. bestrahlen zu können und eine Video- bzw. Bildübertragung aus dem Inneren des Körpers zu ermöglichen. Um das Einführen minimal invasiv zu gestalten, ist ein Außendurchmesser A des Einführabschnitts 1 möglichst gering und beträgt in diesem Ausführungsbeispiel weniger als 5 mm. [44] An einer distalen Stirnseite 3 des Einführabschnitts 1 sind neben einander eine erste LED 5, eine zweite LED 7 und ein Bildsensor 9 ange- ordne†, welche disfalwärfs in eine gemeinsame Blickrichtung x ausge- richfe† sind, die in diesem Ausführungsbeispiel der Längsrichtung des Einführabschniffs 1 entsprich†. Die erste LED 5, die zweite LED 7 und der Bildsensor 9 sind jeweils in einer Ausnehmung 1 l a,b,c in einer Stirnwan dung 13 des Einführabschnitts 1 angeordne†. Die Stirnwandung 13 defi nier† eine Außenfläche 15 an der Stirnseite 3 des Einführabschnitts 1 . Die erste LED 5, die zweite LED 7 und der Bildsensor 9 sind jeweils hinter Schutzelementen 17a,b,c in Form von dünnen Schutzglasscheiben an geordne†, die sämtlich mi† der Außenfläche 15 an der Stirnseite 3 des Einführabschnitts 1 fluchten und gegen mechanische Beschädigung wie etwa Verkratzungen und chemische Beschädigung wie etwa durch aggressive Körperflüssigkeiten, Reinigungs- oder Aufbereitungsmedien und/oder Oxidation schützen. Die Schutzelemente 17a,b,c können auch als eine gemeinsame die erste LED 5, die zweite LED 7 und den Bildsensor 9 übergreifende Schutzglasscheibe ausgestalte† sein. Die Schutzelemente 17a,b,c sind für Weißlich† durchlässig und haben in die sem Ausführungsbeispiel einen Brechungsindex von mindestens 1,75 sowie eine höhere Bruchfestigkeit und Härte als herkömmliches opti sches Glas. Die Schutzelemente 17a,b,c können aus einem syntheti schen monokristallinen Kristall ausgebilde† sein. Die Schutzelemente 17a,b,c sind hier allerdings optional, da die proximalwärts liegenden optischen Elemente selbst genügend widerstandsfähig sein können bzw. distalseitig eine entsprechend widerstandsfähige Schutzschicht aufweisen können.
[45] Die erste LED 5 weis† ein für eine Fluoreszenz-Endoskopie geeig netes erstes Leuchtspektrum auf, das hier einen Peak zwischen 405 nm und 410 nm mi† einer Halbwertsbreite von 20 nm im blauen Wellenlän genbereich ha†. Mi† diesem blauen Lieh† der ersten LED 5 kann im Rahmen einer photodynamischen Diagnose (PDD) und/oder photody- namischen Therapie (PDT) ein Photosensibilisator, der sich selektiv an pathologischem Gewebe anreicher†, zum Fluoreszieren im roten Wel lenlängenbereich gebrach† werden. Solch ein Fluoreszieren im roten Wellenlängenbereich kann durch den Bildsensor 9, dem kein Kurzpassfil ter disfalwärfs vorgeschaltet ist, gut aufgenommen werden. Dem Bildsensor 9 ist ein Objektiv 21 und ein Langpassfilfer 23 mit einer spekt ralen Kante bei ca. 440 nm disfalwärfs vorgeschaltet. Das Langpassfilter 23 block† direkt vom Körper zurückgestreutes kurzwelliges blaues Lieh† der ersten LED 5, lässt allerdings beim Weißlichtbetrieb mi† der zweiten LED 7 genügend blaue Lichtanteile für eine gute Farbwidergabe durch. Das erste Leuchtspektrum der ersten LED 5 weis† allerdings signifikante Anteile oberhalb von 440 nm auf, dessen direkte Reflexionen am zu be obachtenden Objekt, beispielsweise am menschlichen Gewebe, das Fluoreszenzbild verrauschen. Da die spektrale Kante des Langpassfilters 23 nicht weiter ins Langwellige verschoben werden kann, ohne die Farbgebung im Weißlichtbetrieb zu beeinträchtigen, ist der ersten LED 5 ein Kurzpassfilter 25 mi† einer spektralen Kante bei ca. 440 nm vorge schaltet.
[46] Die zweite LED 7 weis† ein für eine Weißlicht-Endoskopie geeigne tes zweites Leuchtspektrum auf, das hier in einem ersten Wellenlängen bereich von 400 nm bis 500 nm einen Peak aufweis† und in einem zwei ten Wellenlängenbereich von 550 nm bis 700 nm mi† steigender Wellen länge abfäll†. Die erste LED 5 kann das gleiche Leuchtspektrum wie die zweite LED 7 aufweisen, sofern sich damit die für die vorgesehene Fluo reszenz-Endoskopie erforderliche Fluoreszenzanregung bewirken lässt. In diesem Fall können die erste LED 5 und die zweite LED 7 vom gleichen Typ sein.
[47] Die zweite LED 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel gegenüber der ersten LED 5 distalwärts versetz† angeordne†. Dies lieg† daran, dass vor der ersten LED 5 und hinter dem Schutzeiemen† 17a ein Linsensystem 19 angeordne† ist. Das Linsensystem 19 weist ein Kurzpassfilter 25 mit einer spektralen Kante bei ca. 440 nm auf. Das Lieh† der ersten LED 5 wird vom Kurzpassfilter 25 gemäß dem Transmissionsspektrum 27 (siehe Fig. 2b, wobei T die Transmission in Prozent angib†) in einem langwelligen Wellenlängenbereich oberhalb der spektralen Kante im Mittel weniger durchgelassen als in einem kurzwelligen Wellenlängenbereich unter halb der spektralen Kante. Wie allerdings aus Fig. 2b ersichtlich ist, häng† die Lage der spektralen Kante des Kurzpassfilters 25 vom Einfalls winkel Q ab (siehe Fig. 2a). Da die erste LED 5 wie ein Lambert-Strahler strahl† und somit große Lichtanteile in einem hohen Einfallswinkel Q auf das Kurzpassfilter 25 treffen würden und diese Lichtanteile deshalb nur mi† sehr hohen Verlusten das Kurzpassfilter 25 passieren könnten, weis† das Linsensystem 19 eine erste Linse 29 in Form einer Sammellinse auf, die zwischen der ersten LED 5 und das Kurzpassfilter 25 geschalte† ist. Wie in Fig. 2c zu sehen, reduzier† die Sammellinse 29 den mittleren Ein fallswinkel Q signifikant, sodass damit die Lichtausbeute für das Fluores- zenzlich† signifikant erhöh† ist.
[48] Wegen der im Gegensatz zur zweiten LED 7 proximalwärts zu rückversetzten Position der ersten LED 5 wird einem unerwünschten Schlüssellocheffek† dadurch begegne†, dass das Linsensystem 19 eine zweite Linse 31 in Form einer Streulinse aufweis†, die dem Kurzpassfilter 25 distalwärts vorgeschaltet ist. Wie in Fig. 3a gezeigt, kann dadurch der ausgeleuchtete Raumwinkel vergrößert werden. In Fig. 3b wird deutlich, dass die Leuchtausbeute in erster Linie dadurch gesteigert werden kann, dass die Sammellinse 29 als Plankonvexlinse ausgeführ† wird, wel che so im Strahlengang platziert wird, dass ihre Planfläche zur LED 5 zeig† und außerdem der Abstand zwischen Planfläche und LED 5 mini mal ist, wobei vorzugsweise ein Luftspal† zwischen den beiden Kompo nenten bestehen bleib†, um einen genügend hohen Brechungsindex sprung aufrechtzuerhalten. Dadurch wird es möglich, dass auch noch diejenigen Lichtstrahlen, die die LED 5 mi† einem großen Winkel gegen- über der Flächennormalen verlassen, auf die Sammellinse 29 treffen und von dieser zur optischen Achse hin gebrochen werden. Dadurch können die Lichtstrahlen das Lichtfilter 25 und die Streulinse 31 passieren und so das zu beleuchtende Objekt, z.B. das zu untersuchende Gewe be, erreichen. Die vorausgehend beschriebene Vorgehensweise mit der Plankonvexlinse hat den weiteren Vorteil, dass, im Vergleich mit der in Fig. 3a dargestellten Vorgehensweise, die Lichtstrahlen mit einem kleineren Winkel gegenüber der Normalen auf die Sammellinse 29 auf treffen und dementsprechend die sog. Fresnel-Verluste geringer sind, die Lichtausbeute also dadurch weiter gesteigert werden kann. Die besonders stark gekrümmte Sammellinse 29 kann, wie in Fig. 3c gezeigt, in ihrer axialen Länge verkürzt werden, wenn sie als Fresnellinse ausbil de† ist. Wenngleich nicht gezeigt, so kann auch die Streulinse 31 als Fresnellinse dünner ausgestalte† sein.
[49] Fig. 3d zeigt das Linsensystem 19 distalwärts von der ersten LED 5 im distalen Ende eines Einführabschnitts 1. Allerdings kann die exakte Ausrichtung, Einpassung und Fixierung des in Fig. 3d gezeigten Linsen systems 19 im distalen Ende eines Einführabschnitts 1 wegen der gerin gen axialen Länge der einzelnen Komponenten und insbesondere we gen der geringen Flöhen der jeweiligen Mantelflächen, die als Schnitt stellen zur Ausnehmung 1 1a fungieren, sehr aufwendig, ungenau und instabil sein.
[50] Fig. 3e und 3f zeigen besonders vorteilhafte Ausführungsformen des Linsensystems 19, bei dem sowohl die Sammellinse 29 einen Flülsen- fortsatz 33 als auch die Streulinse 31 einen Flülsenfortsatz 35 aufweis†. Die Fl ü Isen fortsä tze 33, 35 sind dabei integraler Bestandteil der jeweils einstückig ausgeführten Linse 29, 31. Die Fl ü Isen fortsä tze 33, 35 werden vorzugsweise durch Entfernen eines Rohlingkerns mittels eines abtra genden Verfahrens, wie zum Beispiel Selektives Laserätzen (SLE), er zeugt. Alternativ können die Fl ü Isen fortsä tze 33, 35 mit den zugehörigen eigentlichen Linsen 29, 31 aber auch durch additive Verfahren oder durch kombinierte additive und abfragende Verfahren erzeug† wer den. Die H ülsenf ortsätze 33, 35 bilden eine außenseitige Referenzfläche, mi† deren Hilfe sich die jeweilige Linse 29, 31 viel schneller, stabiler, ein facher und genauer im distalen Ende eines Einführabschnitts 1 positio nieren und fixieren lässt. Der Hülsenfortsatz 33, 35 erstreck† sich dabei um einen Faktor 2 oder mehr länger in axiale Richtung als die axiale Dicke der jeweiligen Linse an der optischen Achse.
[51 ] Das Lichtfilter 25, das möglichst nah an der planaren Proximalsei te der Streulinse 31 angeordne† ist, ist dabei umfangseitig vom Hülsen fortsatz 35 der Streulinse 31 umgeben. Auch die Sammellinse 29 rag† mi† ihrer gekrümmten distalen Seite in den Hülsenfortsatz 35 der Streulinse 31 hinein. Die erste LED 5 wiederum ist umfangseitig vom Hülsenfortsatz 33 der Sammellinse 29 umgeben. Die Sammellinse 29 bilde† einen distal- wärts wirkenden Anschlag 37, gegen den sich ein proximales Ende 39 des H ülsenf ortsatzes 35 der Streulinse 31 abstütz†. Dadurch sind die Lin sen 29, 31 genau koaxial zueinander in Bezug auf die optische Achse ausgerichte† und einfach, schnell und sicher einpassbar.
[52] In Fig. 3f ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der der Hülsenfort satz 35 der Streulinse 31 die Sammellinse 29 und vorzugsweise auch ei nen distalen Abschnitt 41 des H ülsenf ortsatzes 33 der Sammellinse 29 zumindest teilweise umgreif†. Der Anschlag 37 ist hierbei weiter proxi malwärts angeordne† als die planare Seite der Sammellinse 29. Dabei ha† der erste distale Abschnitt 41 des H ülsenf ortsatzes 33 der Sammellin se 29 einen kleineren Außendurchmesser als ein zweiter proximaler Ab schnitt 43 des H ülsenf ortsatzes 33 der Sammellinse 29. Der Außen durchmesser des ersten distalen Abschnitts 41 des H ülsenf ortsatzes 33 der Sammellinse 29 pass† dabei in den Innendurchmesser des Hülsen fortsatzes 35 der Streulinse 31 . Der Außendurchmesser des zweiten dista len Abschnitts 43 des H ülsenf ortsatzes 33 der Sammellinse 29 entsprich† in etwa dem Außendurchmesser des Hülsenf ortsatzes 35 der Streulinse 31. Der distalwärts wirkende Anschlag 37 der Sammellinse wird dabei vorzugsweise durch einen umlaufenden Absatz zwischen dem ersten 41 und zweiten Abschnitt 43 des Hülsenfortsafzes 33 der Sammellinse 29 gebildet. Die in Fig. 3f gezeigte Ausführungsform der „Sammellinse- Lichffilfer-Streulinse“-Anordnung ha† den Vorteil, dass die Komponenten der „Sammellinse-Lichtfilter-Streulinse“-Anordnung zueinander relativ große Referenzflächen aufweisen, die eine einfache, genaue und stabile Fixierung der Komponenten aneinander erlauben. Dadurch kann die „Sammellinse-Lichtfilter-Streulinse“-Anordnung als stabile vor montierte Einheit schnell, genau und stabil in ein distales Ende eines Einführabschnitts 1 eingepass† werden.
[53] Die nummerierten Bezeichnungen der Bauteile oder Bewegungs richtungen als „erste“, „zweite“, „dritte“ usw. sind hierin rein willkürlich zur Unterscheidung der Bauteile oder Bewegungsrichtungen unterei nander gewählt und können beliebig anders gewählt werden. Es ist damit kein Bedeutungsrang verbunden. Eine Bezeichnung eines Bau teils oder technischen Merkmals als „erstes“ soll nicht dahingehend missverstanden werden, dass es ein zweites Bauteil oder technisches Merkmal dieser Art geben muss. Außerdem können etwaige Verfah rensschritte, soweit nicht explizit anders erläutert oder zwingend erfor derlich, in beliebiger Reihenfolge und/oder zeitlich teilweise oder ganz überlappend durchgeführ† werden.
[54] Äquivalente Ausführungsformen der hierin beschriebenen Para- meter, Bauteile oder Funktionen, die in Anbetracht dieser Beschreibung einer fachlich versierten Person als offensichtlich erscheinen, seien hierin so erfass† als wären sie explizit beschrieben. Entsprechend soll der Schutzbereich der Ansprüche solche äquivalente Ausführungsformen umfassen. Als optional, vorteilhaft, bevorzug†, erwünscht oder ähnlich bezeichnefe „kann“-Merkmale sind als optional zu verstehen und nicht als schufzbereichsbeschränkend.
[55] Die beschriebenen Ausführungsformen sind als illustrative Beispie le zu verstehen und stellen keine abschließende Liste von möglichen Ausführungsformen dar. Jedes Merkmal, das im Rahmen einer Ausfüh rungsform offenbar† wurde, kann allein oder in Kombination mit einem oder mehreren anderen Merkmalen verwende† werden, unabhängig davon, in welcher Ausführungsform die Merkmale jeweils beschrieben wurden. Während mindestens ein Ausführungsbeispiel hierin beschrie- ben und gezeigt ist, seien Abwandlungen und alternative Ausführungs formen, die einer fachmännisch versierten Person in Anbetracht dieser Beschreibung als offensichtlich erscheinen, vom Schufzbereich dieser Offenbarung mit erfass†. Im Übrigen soll hierin weder der Begriff “auf weisen” zusätzliche andere Merkmale oder Verfahrensschriffe aus- schließen noch soll „ein“ oder „eine“ eine Mehrzahl ausschließen.
[56] Bezugszeichenlisfe:
1 Einführabschniff
3 Stirnseite
5 erste LED
7 zweite LED
9 Bildsensor l l a,b,c Ausnehmung 13 Sfirnwandung
15 Außenfläche
17a,b,c Schufzelemenf 19 Linsensysfem
21 Objektiv
23 Langpassfilfer
25 Kurzpassfilfer
27 Transmissionsspekfrum des Kurpassfilfers 29 Sammellinse 31 Streulinse 33 Hülsenfortsatz der Sammellinse 35 Hülsenfortsatz der Streulinse 37 Anschlag
39 proximales Ende des Hülsenf ortsatzes der Streulinse 41 distaler erster Abschnitt des Hülsenf ortsatzes der Sammellinse 43 proximaler zweiter Abschnitt des Hülsenf ortsatzes der Sam mellinse

Claims

Ansprüche
1. Medizinisch-endoskopisches Instrument mit einem distalen längli chen Einführabschnitt (1 ) zum minimal-invasiven Einführen in einen menschlichen oder tierischen Körper, mit mindestens einer in ei nem distalen Endabschni†† des Einführabschniffs (1 ) angeordnefen LED (5) und einem disfalwärfs von der LED (5) angeordnefen Lin- sensysfem (19) mit einer optischen Achse (x), wobei das Linsensys- fem (19) eine erste Linse (29) und eine disfalwärfs von der ersten Linse (29) angeordnefe zweite Linse (31 ) aufweis†, dadurch ge kennzeichnet, dass die zweite Linse (31 ) einen sich proximalwärts erstreckenden Hül senfortsatz (35) aufweis†, wobei der Hülsenfortsatz (35) eine erste Referenzfläche zur Positionierung der zweiten Linse (31 ) bezüglich des Einführabschnitts (1 ) und eine zweite Referenzfläche (39) zur Positionierung der ersten Linse (29) bezüglich der zweiten Linse (31 ) aufweis†.
2. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach Anspruch 1 , wobei der Hülsenfortsatz (35) ein einstückiger, integraler Teil der zweiten Linse (31 ) ist.
3. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Hülsenfortsatz (35) um einen Faktor 2 oder mehr länger in axiale Richtung erstreck† als die axiale Dicke der zweiten Linse (31 ) an der optischen Achse (x).
4. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei der Hülsenfortsatz (35) der zweiten Lin se (31 ) die erste Linse (29) zumindest teilweise umgreif†.
5. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei die erste Linse (29) einen distalwärts wirkenden Anschlag (37) bilde†, der sich gegen die zweite Refe renzfläche (39) des Hülsenf orfsafzes (35) der zweiten Linse (31 ) axi al abstütz†.
6. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei die erste Linse (29) ebenfalls einen sich proximalwärts erstreckenden Hülsenfortsatz (33) aufweis†.
7. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach Anspruch 6, wobei die LED (5) umfangseitig vom Hülsenfortsatz (33) der ersten Linse (29) umgeben ist.
8. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei der Hülsenfortsatz (33, 35) durch Ent fernen eines Rohlingkerns mittels eines abtragenden Verfahrens, wie zum Beispiel Selektives Laserätzen (SLE), erzeug† ist.
9. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei der Hülsenfortsatz (33, 35) durch ein additives Verfahren erzeug† ist.
10. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei der Hülsenfortsatz (33, 35) durch ein kombiniertes additives und abtragendes Verfahren erzeug† ist.
1 1 . Medizinisch-endoskopisches Instrument nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei die erste Linse (29) eine Sammellinse und die zweite Linse (31 ) eine Streulinse ist.
12. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei ein Lichtfilter (23) zwischen der ersten Linse (29) und der zweiten Linse (31 ) angeordne† ist.
13. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach Anspruch 12, wobei das Lichtfilter (25) umfangseitig vom Hülsenfortsafz (35) der zwei ten Linse (31 ) umgeben ist.
14. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Lichffilfer (23) ein Kurzpassfilfer ist.
15. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei die erste Linse (29) eine Plankonvexlin se und/oder die zweite Linse (31 ) eine Plankonkavlinse ist.
16. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei die erste Linse (29) und/oder die zweite Linse (31 ) zur ersten LED (5) hin planar ist.
17. Medizinisch-endoskopisches Instrument nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei die erste Linse (29) und/oder die zweite Linse (31 ) eine Fresnellinse ist.
18. Verfahren zur Herstellung eines für den Einsatz in einem distalen Ende eines medizinisch-endoskopischen Instruments geeigneten Linsensysfems mit mindestens einer Linse (29, 31 ), wobei ein Hülsen- forfsafz (33, 35) der Linse (29, 31 ) durch Entfernen eines Rohling kerns mittels eines abfragenden Verfahrens, wie zum Beispiel Se- lekfives Laseräfzen (SLE), erzeug† wird.
19. Verfahren zur Herstellung eines für den Einsatz in einem distalen Ende eines medizinisch-endoskopischen Instruments geeigneten Linsensystems mi† mindestens einer Linse (29, 31 ) und einem Hül- senfortsatz (33, 35), wobei in einem ersten additiven Schritt Quarz glaspartikel mi† einer bestimmten Menge flüssigen Kunststoffs ge mischt werden und durch Lieh† mittels Stereolithografie an ge wünschten Stellen ausgehärte† werden und der Rohlingkern in Form von flüssig gebliebenem Material dann in einem darauffol- genden zweiten, abtragenden Schritt in einem Lösungsmittelbad herausgewaschen wird, sodass nur die gewünschte, ausgehärtete Struktur als Linse (29, 31 ) mit Hülsenf ortsatz (33, 35) bestehen bleibt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei in die gewünschte, ausgehär tete Struktur noch eingemischter Kunststoff durch Erhitzen entfern† wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei durch einen ab- schließenden Sinterprozess die gewünschte, ausgehärtete Struktur so weit erhitz† wird, dass die Quarzglaspartikel miteinander ver schmelzen.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , wobei die mindes- tens eine Linse (29, 31 ) durch das Entfernen des Rohlingkerns eine topfförmige Gestalt erhält, die einen optisch wirksamen Topfbo den und eine mechanisch wirksame umfangseitige Topfwandung aufweis†.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei eine Innenfläche des Topf bodens planar abgetragen wird.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, wobei eine Außenfläche des Topfbodens gewölbt abgetragen wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 oder 24, wobei ein Licht filter (25) an der Innenfläche des Topfbodens befestig† wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei ein Hülsen fortsatz (35, 33) einer weiteren Linse (31, 29) des Linsensystems durch Entfernen eines Rohlingkerns mittels eines abtragenden Ver fahrens, wie zum Beispiel Selektives Laserätzen (SLE), erzeug† wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Linsen (29, 31 ) koaxial zu einander angeordne† und zumindest teilweise in axialer Richtung ineinandergreifend als vormonfierfes Linsensysfem miteinander be festig† werden und das vormonfierfe Linsensysfem in ein distales Ende eines medizinisch-endoskopischen Instruments eingepasst wird.
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