DE102008057734A1

DE102008057734A1 - Videoendoskop

Info

Publication number: DE102008057734A1
Application number: DE102008057734A
Authority: DE
Inventors: Marc Henzler
Original assignee: Digital Endoscopy GmbH
Current assignee: Digital Endoscopy GmbH
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2028-11-18
Also published as: US8211008B2; DE102008057734B4; US20100125166A1

Abstract

Es wird ein Videoendoskop beschrieben, das ein Handstück 15 mit einem starren Endoskoprohr 11 aufweist. Es handelt sich um ein seitenblickendes Endoskop, bei welchem am distalen Ende des Endoskopschaftes 11 die Optik 12 mit einem Prisma 13 und einem hinter der Optik 12 befindlichen Bildaufnehmer 14 vorgesehen ist. Auf dem proximalen Ende des Endoskopschaftes 11 ist ein Rändelrad 20 frei verdrehbar angeordnet. Dieses Rändelrad ist auf der dem Handstück 15 zugewandten Seite mit einer Anzahl von in gleichen Winkelabständen angeordneten Permanentmagneten 21 ausgestattet, welchen an der Stirnfläche des Handstückes 15 befindliche Hallsensoren 18 zugeordnet sind. Die Winkelposition des verdrehbaren Drehrades 20 lässt sich somit mittels der Hallsensoren und einer die Signale auswertenden Elektronik 16 detektieren und auf dem das Bild des optischen Systems wiedergebenden Monitor anzeigen. Durch Verdrehen des Drehrades lässt sich dieses Bild rotieren, um damit bei verdrehtem Endoskop die Bildlage so zu korrigieren, dass die Blickrichtung der tatsächlichen Lage des Objektes entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Videoendoskop der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Endoskope, insbesondere auch Videoendoskope, ermöglichen dem Anwender, in einfacher Weise minimalinvasiv zum Zwecke der Diagnose oder auch Therapie in Körperhöhlen Einblicke zu nehmen. Solche Endoskope sind für technische Anwendungen auch unter dem Begriff der Technoskope oder Boroskope bekannt.
Bei sogenannten starren Endoskopen ist an einem Handstück ein nichtflexibler Endoskopschaft angeordnet, an dessen distalem Ende eine Optik vorgesehen ist, deren Bild mittels eines Bildaufnehmers in elektrische Signale umgewandelt und mittels eines Bildschirms eines Monitors sichtbar gemacht wird.
Solche starren Endoskope werden überwiegend in der Medizin, z. B. in der Laparoskopie, angewendet, wobei die optische Achse der Optik entweder mit der Achse des Endoskopschaftes übereinstimmt oder zu dieser in einem Winkel von z. B. 30° oder 45° steht. Man spricht bei Optiken mit einer Blickrichtung von 0° von geradeaus blickenden Optiken, dagegen bei abgewinkelten Optiken von seitenblickenden Optiken. Bei sogenannten flexiblen Endoskopen ist das Handstück mit der Optik über eine flexible Leitung verbunden, so dass die Blickrichtung der Optik hierbei durch eine distale Ablenkung des Verbindungsschlauches verändert werden kann.
Bei einem Videoendoskop mit einer nicht abgewinkelten Optik, also einer Blickrichtung von 0°, wird auf dem Bildschirm das Objekt in der auf Grund der Position der Optik zu erwartenden Lage mit einem definierten Bildhorizont wiedergegeben. Die Bildlage wird hierbei durch eine entsprechende Markierung am Kamerakopf bzw. am Kopf des Videoendoskops oder durch ergonomische Vorgaben am Handstück gekennzeichnet. Der mit einem derartigen Endoskop arbeitende Anwender kann damit vor dem Hintergrund eines stabilen Bildhorizonts arbeiten und sich orientieren. Schwierige und langwierige Umstellungen des Anwenders sind nicht erforderlich.
Eine andere Situation ergibt sich bei axialer Rotation eines Endoskops mit seitlich blickender Optik, da sich bei der Rotation die Bildlage auf dem Bildschirm ändert, was die Orientierung des Anwenders außerordentlich erschwert.
Ursache hierfür ist die feste Verbindung des Bildaufnehmers mit der seitwärts blickenden Optik, die dazu führt, dass bei axialer Drehung des Videoendoskops der Bildhorizont auf dem Bildschirm verdreht wird.
Durch das Rotieren des Bildhorizonts, auch als Horizontalverkippung bezeichnet, wird die räumliche Orientierung für den Anwender außerordentlich erschwert.
Bei einer herkömmlichen Konfiguration, bei welcher die seitlich blickende Optik nicht mit dem Kamerakopf bzw. dem Bildaufnehmer verbunden ist, tritt dieser Effekt durch das Rotieren des seitenblickenden Endoskops gegenüber der stabilen Lage der Kamera und damit des Bildaufnehmers nicht auf. Hierbei wird der Kamerakopf gegenüber dem natürlichen Horizont nicht verdreht, er bleibt in waagerechter Position, während nur die seitenblickende Optik des Endoskops verdreht wird.
Die Trennung von Kamerakopf und Optik macht ein derartiges Gerät jedoch unhandlich.
Eine weitere Möglichkeit zur Verhinderung der oben erwähnten Horizontalverkippung besteht darin, das mit einer geradeaus blickenden Optik versehene distale Ende eines starren oder flexiblen Videoendoskops flexibel abzuwinkeln. Durch die distale Abwinklung können verschiedene Blickrichtungen ohne Horizontalverkippung realisiert werden. Nachteilig ist hierbei allerdings der nicht unerhebliche mechanische Aufwand, der zwangsläufig für eine Einschränkung der Lebensdauer eines derartigen Systems führt, das ja in regelmäßigen Abständen durch Dampfsterilisation gereinigt werden muss.
Auch kommt es bei einem derartigen System wegen der Länge des abzuwinkelnden Elementes zu einer Einschränkung der Sichtverhältnisse in engen Hohlräumen und Körperhöhlen, wie z. B. bei Anwendung in der Laparoskopie. Ferner führt eine Abwinklung über einen Winkel von mehr als 90° zu der oben erwähnten Horizontalverkippung, wodurch dem Anwender die Orientierung erschwert wird.
Ein anderer Weg wird mit dem aus DE 196 81 437 T1 bekannten starren Videoendoskop mit einem an einem Handstück angeordneten Endoskopschaft, an dessen distalem Ende eine seitenblickende Optik angeordnet ist, beschritten. Der der Optik nachgeordnete Bildaufnehmer ist gleichfalls innerhalb des Endoskopschaftes angeordnet, befindet sich jedoch in einem eigenen innerhalb des Endoskopschaftes gelegenen, gegenüber letzterem verdrehbaren Schaft. Durch Verdrehen des Bildaufnehmerschaftes gegenüber dem Endoskopschaft ist eine Bildlagekorrektur möglich, wodurch die erwähnte Horizontalverkippung behoben wird.
Diese Zweischaftlösung ist jedoch wegen der gegeneinander zu verdrehenden Schäfte aufwändig und insbesondere infolge der notwendigen Dampfsterilisation außerordentlich anfällig, was nicht nur zu einer Verteuerung, sondern auch zu einer wesentlichen Verkürzung der Lebensdauer eines derartigen Gerätes führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Videoendoskop der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei welchem in einfacher Weise die Bildlage bei Verdrehen des Endoskops mit seitenblickender Optik korrigiert werden kann und die Horizontalverkippung vermieden wird.
Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das vom Bildaufnehmer aufgenommene und auf den Bildschirm übertragene Bild mit elektronischen Mitteln zur Korrektur der Bildlage rotiert wird.
Konstruktiv wird dieses Verfahren bei einem Videoendoskop der im Oberbegriff genannten Art dadurch gelöst, dass auf dem proximalen Ende des Endoskopschaftes nahe dem Handstück ein Drehrad frei verdrehbar angeordnet ist, wobei am Drehrad und am Handstück Sensoren vorgesehen sind, welche den Drehwinkel charakterisierende Signale erzeugen, die über die Elektronik dem Monitor zur Drehung des Monitorbildes zugeführt werden, wobei die Blickrichtung und der Blickwinkel der Optik im Monitorbild, vorzugsweise an seinem Bildrand, angezeigt werden. Bei dieser Anordnung wird zur Erzeugung der Signale die Rotation des Drehrades erfasst, wobei als Ausgangspunkt die Position des Drehrades beim Einschalten des Gerätes gewählt wird.
Als Sensoren eignen sich nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 2 im Handstück angeordnete Hallsensoren, die mit der Elektronik verbunden sind, welchen im Drehrad über den Umfang in gleichen Winkelabständen verteilte Permanentmagnete zugeordnet sind. Bei Verdrehen des Drehrades erzeugen die Hallsensoren den Drehwinkel charakterisierende Signale. Zweckmäßigerweise sind gemäß Anspruch 3 im Drehrad zwölf Permanentmagnete in gleichen Winkelabständen und im Handstück zwei Hallsensoren im Winkelabstand von 180° angeordnet. Ein Winkelabstand von 180° für die Hallsensoren ist hierbei nicht zwingend. Vielmehr können die Hallsensoren vorteilhafterweise auch so angeordnet sein, dass bei sich deckender Position des Hallsensors mit einem Permanentmagneten der andere Hallsensor sich zwischen zwei Permanentmagneten befindet. Dadurch können Drehbewegungen mit einer Auflösung von mindestens 7,5° erfasst werden. Winkeländerungen in diesem kleinen Bereich werden vom Anwender als stufenlos empfunden.
Eine Einhandbedienung des erfindungsgemäßen Videoendoskops wird nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 4 dadurch ermöglicht, dass das Drehrad in Nachbarschaft des Handstückes derart angeordnet ist, dass es vom das Handstück haltenden Benutzer mit den Fingern, vorzugsweise mit dem Daumen derselben Hand, verdrehbar ist. Eine derartige Positionierung ist vorteilhaft, da der Benutzer von herkömmlichen endoskopischen Kameras die Positionierung derartiger Stellmittel zur Einstellung des Fokus oder zur Veränderung der Brennweite bei der sogenannten Zoom-Funktion gewöhnt ist. Wie an sich bekannt sollte die Umfangsfläche des Drehrades vorzugsweise eine die Reibung erhöhende Struktur, z. B. eine Aufrauung, Riffelung, Rippung oder dgl. besitzen.
Ein weiterer, insbesondere für die Reinigung erheblicher Vorteil ergibt sich, wenn gemäß Anspruch 5 das Drehrad vom Endoskopschaft abnehmbar ist. Dies ist möglich, da die Verdre hung des Drehrades berührungslos erfasst wird und das Handstück mit dem Endoskopschaft hermetisch dicht, also dampfdicht, verbunden ist. Eine aufwändige Abdichtung beweglicher Teile ist nicht erforderlich.
Zur besseren Orientierung des Anwenders ist gemäß Anspruch 6 vorgeschlagen, ähnlich wie bei herkömmlichen seitlich blickenden Endoskopen die Blickrichtung sowie den Blickwinkel in das Monitorbild vorzugsweise an seinem Rand einzublenden.
Schließlich wird mit Anspruch 7 vorgeschlagen, in der aus EP 1 844 696 bekannten Weise im Handstück mindestens einen Gravitationssensor anzuordnen, der zur Anzeige des echten Bildhorizontes über die Elektronik mit dem Monitor verbunden ist. Damit hat der Anwender die Möglichkeit, die Lage des echten Horizontes nach einer entsprechenden Kalibrierung anzuzeigen und durch Drehen des Drehrades das Bild so zu rotieren, dass der echte Horizont in die Waagerechte gebracht wird.
Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand schematischer Zeichnungen im Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen Videoendoskops mit Steuergerät und Monitor,
2 vergrößerte Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Videoendoskops,
3 Bildschirm des Monitors,
4 bis 6 schematische Darstellungen des Videoendoskops (4.1, 5.1 und 6.1) mit zugehörigen Bildschirmdarstellungen (4.2, 5.2 und 6.2).
Die Gesamtschaltung für ein erfindungsgemäßes Videoendoskop 10, das über ein Steuergerät 30 mit dem Monitor 40 verbunden ist, ist in 1 dargestellt.
2 zeigt den genaueren Aufbau des erfindungsgemäßen Videoendoskops 10. Dieses besteht im Wesentlichen aus einem Handstück 15, an dessen Vorderseite der Endoskopschaft 11 angeordnet ist, welcher hermetisch dicht, vor allem dampfdicht, in einen Anschlussstutzen 15a des Handstückes 15 eingesetzt ist. Am distalen Ende des Endoskopschaftes 11 befindet sich die Optik 12, deren Blickrichtung durch ein vor der Optik angeordnetes Prisma 13 bestimmt wird. Das von der Optik 12 erzeugte Bild wird auf einen innerhalb des Endoskopschaftes 11 befindlichen Bildaufnehmer, auch Bildsensor genannt, projiziert, welcher das aufgenommene Bild in elektrische Signale umwandelt, die über eine Leitung 14a der im Handstück 15 befindlichen Elektronik zugeführt werden. Auf dem Anschlussstutzen 15a des Handstückes 15 ist in haptisch günstiger Position frei verdrehbar das Drehrad 20 angeordnet, das auf seiner dem Handstück 15 zugewandten Seite mit 12 in gleichen Winkelabständen angeordneten Permanentmagneten 21 bestückt ist. Diesen Permanentmagneten sind auf der gegenüberliegenden Seite des Handstückes 15 zwei Hallsensoren im Winkelabstand von 180° angeordnet. Mittels der Hallsensoren 18 und der gegenüber diesen verdrehbaren Permanentmagnete 21 ist die Position des Drehrades 20 detektierbar. Das von den Hallsensoren 18 erzeugte Signal wird über eine Auswerteelektronik 16 über das Steuergerät 30 dem Monitor 40 zur Anzeige der Lage des Videoendoskops zugeleitet. Das Drehrad 20, dessen Oberfläche 22 zur Verbesse rung der Griffigkeit geriffelt ist, ist am Handstück 15 so angeordnet, dass es vom Anwender bequem mit den Fingern derselben, das Handstück 15 haltenden Hand verdreht werden kann.
Das Drehrad 20 kann insbesondere zum Zwecke der Reinigung z. B. durch Dampfsterilisation vom Endoskopschaft 11 abgezogen werden.
Da mittels der Hallsensoren 18 und der Permanentmagnete 21 die Drehbewegung bzw. Position des Videoendoskops berührungslos erfasst werden kann, bedarf es keiner aufwändigen Abdichtung beweglicher Teile.
Im Handstück sind ferner Gravitationssensoren 17 und ein Kompass 19 vorgesehen, mit welchen nach einer entsprechenden Kalibrierung die Lage des echten Horizontes sowie die genaue lokale Position des Bildaufnehmers erfasst und auf dem Bildschirm 41 des Monitors wiedergegeben werden kann.
Mittels des erfindungsgemäßen Videoendoskops 10 ist über das Steuergerät 30 das in 3 veranschaulichte Bildschirm-Bild 41 erzeugbar. Dieses zeigt das Bild 42 des optischen Systems, eine Markierung 43 für den echten Horizont und eine Markierung 44 für den virtuellen Horizont. Zusätzlich eingeblendet ist nahe des Bildrandes bei 45 die Blickrichtung und bei 46 der Blickwinkel des verwendeten optischen Systems. Diese Anzeigen können entsprechend dem Format und der Auflösung des Bildes auf dem Bildschirm 41 angepasst werden.
Bei den gängigen Wiedergaben auf dem Bildschirm 41 sind Bildformate im Verhältnis von 5 zu 4 bei einer Auflösung von 1280 × 1024 Pixel oder im Verhältnis 19 zu 10 bei einer Auflösung von 1920 × 1200 Pixel üblich.
Mittels des erfindungsgemäßen Drehrades lässt sich das Bild 42 auf dem Bildschirm 41 des Monitors 40 elektronisch rotieren, wie nachstehend anhand der 4 bis 6 erläutert ist.
In den 4.1, 5.1 und 6.1 ist die Optik mit einem Kreis 12 und ihre Blickrichtung mit einem Pfeil 12a symbolisiert. Der Bildaufnehmer ist in seiner Lage der Optik fest zugeordnet und mit dem Symbol 14 veranschaulicht.
Die 4.2, 5.2 und 6.2 zeigen schematisch die auf dem Bildschirm 41 dargestellten, vom optischen System aufgenommenen Bilder, die hier mit einem Pfeil 47 symbolisiert sind.
Mit den 4.1 und 4.2 sind die Lage des Videoendoskops und die entsprechende Darstellung auf dem Monitor für den Fall dargestellt, dass die Blickrichtung 12a der Optik 12 nach unten weist und der Bildaufnehmer 14 parallel zum echten Horizont gelegen ist. In diesem Fall wird im Bild 42 des optischen Systems das mit der Optik 12 aufgenommene Objekt, hier als Pfeil 47 symbolisiert, lagegerecht wiedergegeben.
Bei einer Verdrehung des Videoendoskops aus der in 4.1 dargestellten Position um 90° im Uhrzeigersinn in die in 5.1 dargestellte Position rotiert das auf dem Bildschirm 41 wiedergegebene Bild 41 in entgegengesetzter Richtung, wobei die Blickrichtung 12a systembedingt genau mit der Drehung des Videoendoskops oder genauer gesagt mit der Optik 12 rotiert. Gleichwohl bleiben auf dem Bildschirm 41 die Anzeige der Blickrichtung 45 und auch des Blickwinkels ortsunveränderlich, da das Bild 41 die Blickrichtung der Optik 12 zum Bildaufnehmer 14 angibt.
Für den Anwender ergibt sich hierdurch die störende Horizontalverkippung.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung hat er die Möglichkeit, das auf dem Bildschirm 41 wiedergegebene Bild 47 entsprechend der Rotation des Videoendoskops, also der Optik 12, zu drehen. Für diesen Zweck dreht der Anwender das Drehrad 20 in gleicher Drehrichtung und um den gleichen Drehwinkel auf dem Schaft des Videoendoskops. Hierdurch wird das Bild 42 aus der in 5.2 dargestellten Position in die in 6.2 dargestellte Position verdreht, so dass die Anzeige der Blickrichtung nunmehr genau der tatsächlichen Blickrichtung des Videoendoskops entspricht. Der Horizont des Bildes 42 verläuft nun parallel zum echten Horizont, wodurch die störende horizontale Verkippung behoben ist.
Bei Verdrehung des Videoendoskops im Gegenuhrzeigersinn ergeben sich entsprechende Verläufe, jedoch im entgegengesetzten Drehsinn.

10: Videoendoskop
11: Endoskopschaft
12: Optik
12a: Blickrichtung
13: Prisma
14: Bildaufnehmer, Bildsensor
14a: Leitung
15: Handstück
15a: Anschlussstutzen
16: Auswerteelektronik
17: Gravitationssensor
18: Hallsensor
19: Kompass
20: Drehrad
21: Permanentmagnete
22: Drehradoberfläche
23: Lagerbohrung
30: Steuergerät
40: Monitor
41: Bildschirm
42: Bild des optischen Systems
43: Markierung des echten Horizonts
44: Markierung des virtuellen Horizonts
45: Anzeige der Blickrichtung
46: Anzeige des Blickwinkels
47: Darstellung des Objektes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19681437 T1 [0013]
- EP 1844696 [0022]

Claims

Videoendoskop mit einem an einem Handstück angeordneten Endoskopschaft, an dessen distalem Ende eine seitenblickende Optik angeordnet ist, einem der Optik nachgeordneten Bildaufnehmer, der über eine vorzugsweise im Handstück befindliche Elektronik mit einem der Bildwiedergabe dienenden Monitor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem proximalen Ende des Endoskopschaftes (11) nahe dem Handstück (15) ein Drehrad (20) frei verdrehbar angeordnet ist, dass am Drehrad (20) und am Handstück (15) Sensoren (21, 18) vorgesehen sind, welche den Drehwinkel charakterisierende Signale erzeugen, die über die Elektronik (16) dem Monitor (40) zur Drehung des Monitorbildes (42) zugeführt werden, wobei die Blickrichtung und der Blickwinkel der Optik (12, 13) auf dem Bildschirm (41), vorzugsweise an seinem Bildrand, angezeigt werden.
Videoendoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Drehrad (20) über den Umfang in gleichen Winkelabständen verteilte Permanentmagnete (21) und im Handstück den Permanentmagneten (21) zugeordnete Hallsensoren (18), die mit der Elektronik (16) verbunden sind, vorgesehen sind.
Videoendoskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Drehrad (20) zwölf Permanentmagnete (21) in gleichen Winkelabständen und im Handstück (15) zwei Hallsensoren (18) im Winkelabstand von 180° angeordnet sind.
Videoendoskop nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehrad (20) in Nachbarschaft des Handstückes (15) derart angeordnet ist, dass es vom das Handstück haltende Benutzer mit den Fingern, vorzugsweise dem Daumen, derselben Hand verdrehbar ist, wobei die Drehradoberfläche (22) vorzugsweise eine die Reibung erhöhende Struktur, z. B. eine Aufrauung, Riffelung, Rippung oder dergleichen, besitzt.
Videoendoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehrad (20) vom Endoskopschaft (11) abnehmbar ist.
Videoendoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blickrichtung und der Blickwinkel in das Monitorbild (41) vorzugsweise an seinem Rand eingeblendet werden.
Videoendoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Handstück (15) mindestens ein Gravitationssensor (17) angeordnet ist, der zur Anzeige des echten Bildhorizontes über die Elektronik mit dem Monitor (40) verbunden ist.