DE10359337A1

DE10359337A1 - Endoskop

Info

Publication number: DE10359337A1
Application number: DE2003159337
Authority: DE
Inventors: Reinhold Blazejewski
Original assignee: Blazejewski Medi Tech GmbH
Current assignee: Blazejewski Medi Tech GmbH
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: DE10359337B4

Abstract

Es wird ein Endoskop zur Untersuchung kleiner Strukturen mit einem Gehäuse (1, 2), einem Beleuchtungssystem (8, 16), um die zu untersuchende Struktur zu beleuchten, und einem Bildgebungssystem, um das von der Struktur reflektierte Licht als Bild aufzunehmen, vorgeschlagen. Dabei sind als optische Komponenten des Bildgebungssystems ein Objektiv (11), ein Übertragungssystem (12, 25, 26, 29) und ein Okular (27, 30) vorgesehen. Das Übertragungssystem besteht entweder aus einer Gradienten Index Faser (12), einer oder mehreren stabförmigen Übertragungslinsen (25, 26) oder einem System aus mehreren Achromaten (29).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Endoskop nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Endoskope werden sowohl im technischen als auch medizinischen Bereich eingesetzt. Sie dienen der Untersuchung von Strukturen an der Oberfläche oder in schwer zugänglichen Höhlen, Kanälen oder Vertiefungen. Diese Strukturen sind mit bloßem Auge meist nicht aufzulösen. Im medizinischen Bereich werden Endoskope in der minimalinvasiven Chirurgie zu Untersuchungszwecken oder in Kombination mit chirurgischen Instrumenten für Operationen unter Sichtkontrolle eingesetzt. Ein Beleuchtungssystem dient dazu, die zu untersuchende Struktur zu beleuchten. Das durch eine externe Lichtquelle erzeugte Licht wird üblicherweise über Lichtleitfasern an die zu untersuchende Struktur herangeführt. Das Bildgebungssystem dient dazu, die Information, welche in dem von der Struktur reflektierten Licht enthalten ist, als Bild aufzunehmen. Bei bekannten Endoskopen wird das reflektierte Licht entweder durch ein optisches System von Prismen und Linsen oder durch eine Faseroptik aus Glasfaserbündeln einer optoelektronischen Kamera zugeführt. Bei der Kamera handelt es sich häufig um einen CCD-Bildwandlerchip. Dieser wandelt die optischen Signale in elektrische Signale um, welche auf einem Bildschirm optisch sichtbar gemacht werden. Anstelle der Kamera kann am proximalen Ende des Endoskops auch ein Okular vorgesehen sein, durch welches die Struktur direkt mit dem Auge beobachtet werden kann.

Bekannte Endoskope weisen ein Rohr auf, an dessen distalem Ende ein Beleuchtungsfenster und ein Beobachtungsfenster vorgesehen ist. Der Durchmesser des Rohres ist so bemessen, dass das Rohr in einen Kanal oder eine Höhle bis an die zu untersuchende Struktur herangeführt werden kann. Derartige Kanäle oder Höhlen sind beispielsweise im Dentalbereich sehr klein. Rohre mit entsprechenden Abmessungen, welche typischerweise einen Durchmesser von 1,00 mm und weniger aufweisen, sind zwar aus dem Stand der Technik bekannt, jedoch weist das zugehörige Bildgebungssystem ein Bündel optischer Fasern auf, welche das von der Struktur reflektierte Licht einer Kamera zuführen. Derartige Bündel optischer Fasern haben den Nachteil, dass sie nur einen Schärfebereich aufweisen. Eine gute Bildqualität kann daher nur in dem eng begrenzten, vorgegebenen Bereich erzielt werden. Zur Abbildung von Strukturen jenseits der vorgegebenen Grenzen muss der Benutzer ein entsprechend anders ausgestaltetes Endoskop verwenden. Darüber hinaus haben die Endoskope mit Bündeln optischer Fasern zu Bildgebung den Nachteil, dass das Bild stets in zahlreiche Bildpunkte zerlegt ist. Dies führt zusätzlich zu einer schlechten Bildqualität.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Demgegenüber hat das erfindungsgemäße Endoskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil, dass eine Fokussierung sowohl im Nahbereich als auch im Fernbereich möglich ist. Der Bereich der abzubildenden Strukturen ist damit nicht begrenzt. Der Benutzer benötigt lediglich ein erfindungsgemäßes Endoskop um alle ihn interessierenden Strukturen bei guter Bildqualität aufzunehmen. Dies wird dadurch erreicht, dass für das Bildgebungssystem ein Objektiv, ein Übertragungssystem und ein Okular vorgesehen sind, wobei das Übertragungssystem durch eine Gradienten Index Faser, eine oder mehrere stabförmige Übertragungslinsen oder mit einem System mit mehreren Achromaten gebildet wird. Objektiv, Übertragungssystem und Okular befinden sich zumindest teilweise in dem Rohr. Während als Objektiv und Okular Linsen oder Linsensysteme vorgesehen sind, welche für eine scharfe Abbildung der zu untersuchenden Strukturen auf der optoelektronischen Kamera dienen, sorgt das Übertragungssystem zwischen dem Objektiv und dem Okular dafür, dass das von der Struktur reflektierte Licht ohne große Verluste transportiert wird und ein Bild in entsprechend guter Bildqualität entsteht. Das Übertragungssystem wird auch als Umkehrsystem bezeichnet, da es das aufgenommene Bild so transportiert, dass es entsprechend der realen Gegebenheiten auf der Kamera abgebildet wird. Eine gespiegelte oder seitenverkehrte Darstellung wird dadurch vermieden.

Bei der Gradienten Index Faser erfolgt die Führung durch Lichtstrahlkrümmung in einem Dielektrikum mit kontinuierlich variablem Brechungsindex. Das Okular kann dabei Teil der Gradienten Index Faser sein. Die Faser reicht damit vom Objektiv bis an die Kamera oder ein Prisma beziehungsweise ein Spiegel zum Umlenken des Strahls heran. Das Bildgebungssystem weist somit nur wenige Grenzflächen auf. Es hat daher gegenüber den stabförmigen Übertragungslinsen und einem Achromat den Vorteil, dass die Verluste gering sind. Stabförmige Übertragungslinsen und Achromaten haben gegenüber einer Gradienten Index Faser den Vorteil, dass sie mechanischen Belastungen besser standhalten und bei Einwirkung von Kräften nicht ohne weiteres brechen.

Das Objektiv, das Übertragungssystem und das Okular sind in einer Schutzhülle angeordnet, welche zumindest teilweise von einem Lichtleiter des Beleuchtungssystems und zumindest teilweise von dem Rohr umschlossen wird. Damit sind die Komponenten des Bildgebungssystems vor äußeren Einflüssen geschützt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an dem distalen Ende der Schutzhülle ein Fenster aus Saphir vorgesehen. Schutzhülle und Saphir-Fenster sorgen dafür, dass keine Verunreinigungen oder Flüssigkeiten in die optischen Komponenten des Bildgebungssystems eindringen können. Derartige Verunreinigungen würden die Bildqualität beeinträchtigen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Rohr mit seinem dem distalen Ende abgewandten Ende in einem Einschubkopf befestigt, welcher lösbar mit dem übrigen Gehäuse des Endoskops verbunden ist. Damit können der Einschubkopf und das Rohr vom übrigen Endoskop entfernt werden und wieder eingesetzt werden oder durch einen anderen Einschubkopf mit Rohr ersetzt werden. Ein Austausch ist beispielsweise notwendig, wenn die in dem Rohr angeordneten optischen Komponenten des Bildgebungssystems beschädigt sind. Dabei kann es sich zum Beispiel um einen Bruch der Gradienten Index Faser handeln, welcher durch äußere Krafteinwirkung beispielsweise durch Verkanten beim Einführen in einen Kanal herbeigeführt wurde.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Einschubkopf an dem Gehäuse des Endoskops mit mindestens drei Schrauben befestigt. Über die Schrauben kann der Einschubkopf in dem Gehäuse des Endoskops so justiert werden, dass die optische Achse der optischen Komponenten des Bildgebungssystems in dem Rohr auf die optische Achse der Kamera abgestimmt wird. Dies ist notwendig, um die aufgenommenen Bilder auf der Kamera abzubilden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Gehäuse des Endoskops in ein vorderes Gehäuseteil und ein hinteres Gehäuseteil zerlegt werden. Dabei enthält das vordere Gehäuseteil das Rohr und den Einschubkopf mit dem Objektiv, dem Übertragungssystem und dem Okular und das hintere Gehäuseteil die optoelektronische Kamera. Vorderer und hinterer Gehäuseteil sind über eine Verriegelung lösbar miteinander verbunden. Die beiden Gehäuseteile werden so ineinander geführt, dass die optischen Achsen der beiden Teile beim Ineinanderfügen und Verriegeln automatisch zur Deckung kommen. Das Lösen des vorderen Gehäuseteils vom hinteren Gehäuseteil ist notwendig, um den Kopf und das Rohr zu sterilisieren. Eine Sterilisation von Einschubkopf und Rohr muss bei einer medizinischen Anwendung des Endoskops durchgeführt werden, da diese Teile mit den zu untersuchenden Strukturen, Blut oder anderen Sekreten eines Patienten in Berührung kommen. Zur Sterilisierung kann ein Autoklav verwendet werden. Um der Druckreaktion im Autoklav Stand zu halten bestehen der Einschubkopf und das Rohr vorteilhafterweise aus Metall.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind an dem Rohr ein oder mehrere Kanäle zum Zuführen einer Flüssigkeit vorgesehen, welche aus einer Kanalöffnung im distalen Bereich des Rohres austritt. Die Flüssigkeit dient zum Spülen der zu untersuchenden Struktur. Dies ist insbesondere bei medizinischen Anwendungen des Endoskops notwendig.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Gehäuse zwischen dem Okular und der optoelektronischen Kamera ein Prisma oder ein Spiegel zur Richtungsänderung der abbildenden Strahlen der Bildgebung vorgesehen. Das zugehörige Gehäuse weist eine abgeknickte Form auf. Diese Form erleichtert das Einführen des Rohrs bei Anwendungen im dentalen Bereich.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Rohr an seinem distalen Ende teilweise aufgeschnitten und bildet mit dem vorstehenden Teil eine Spitze. Diese Spitze kann verwendet werden, um von der zu untersuchenden Struktur eine Schicht durch Schaben oder Kratzen abzutragen. Durch die aus dem distalen Ende des Rohres austretende Flüssigkeit können die abgetragenen Teile abgespült werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Rohr ein Werkzeug zur Bearbeitung der zu untersuchenden Struktur vorgesehen. Dabei kann es sich zum Beispiel um einen Bohrer handeln. Die Kombination aus Werkzeug und Endoskop ermöglicht eine Bearbeitung der Struktur unter ständiger Sichtkontrolle. Der Benutzer muss bei der Bearbeitung daher nicht abwechselnd Bohrer und Endoskop einführen, sondern er hält lediglich ein Werkzeug, welches er während der gesamten Bearbeitung an der betreffenden Struktur belassen kann. Um die Handhabung zu erleichtern, ist der Antrieb des Werkzeugs an dem Gehäuse des Endoskops angeordnet.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Rohr einen Durchmesser von weniger als 1,0 mm auf. Besonders bevorzugt ist der Durchmesser sogar kleiner als 0,7 mm. Das Objektiv, das Übertragungssystem und das Okular weisen vorteilhafterweise einen Durchmesser von weniger als 0,4 mm auf.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen zu entnehmen.

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 Endoskop im Querschnitt,

2 Endoskop gemäß 1 in einer Seitenansicht, wobei vorderer und hinterer Gehäuseteil voneinander entfernt sind,

3 hinterer Teil des Endoskops gemäß 1,

4 erstes Ausführungsbeispiel eines vorderen Teils des Endoskops gemäß 1 im Querschnitt,

5 vorderer Teil des Rohrs des vorderen Teils des Endoskops gemäß 4 in vergrößertem Maßstab,

6 zweites Ausführungsbeispiel eines vorderen Teils des Endoskops gemäß 1 im Querschnitt,

7 vorderer Teil des Rohrs des vorderen Teils des Endoskops gemäß 6 in vergrößertem Maßstab,

8 drittes Ausführungsbeispiel eines vorderen Teils des Endoskops gemäß 1 im Querschnitt,

9 vorderer Teil des Rohrs des vorderen Teils des Endoskops gemäß 8 in vergrößertem Maßstab.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den 1 und 2 ist ein Endoskop im Querschnitt und in der Seitenansicht dargestellt. Das Endoskop weist einen hinteren Teil mit hinterem Gehäuseteil 1 und einen vorderen Teil mit vorderem Gehäuseteil 2 auf. Beide Teile können voneinander entfernt werden. Zum Zusammenfügen ist eine Verriegelung 3 vorsehen. Diese ermöglicht ein leichtes Lösen des vorderen Teils des Gehäuses mit anschließendem erneutem Verbinden der beiden Teile. Im Inneren des hinteren Teils des Gehäuses ist als optoelektronische Kamera ein CCD-Sensor 4 vorgesehen. Die Fokussierlinse 5 sorgt dafür, dass ein von links kommender Strahl auf dem CCD-Sensor schart abgebildet wird. Die Position der Fokussierlinse kann durch den Schieber 6 manuell verändert werden. Über das Kabel 7 wird der CCD-Sensor einerseits mit einer Versorgungsspannung verbunden und andererseits werden die elektrischen Signale der Kamera einer Auswertevorrichtung zugeführt. Versorgungsspannung und Auswertevorrichtung sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Darüber hinaus ist in dem Kabel 7 ein Lichtleiter 8 geführt, der in 1 nur teilweise dargestellt ist. Dieser Lichtleiter dient dazu, Licht von einer nicht dargestellten Lichtquelle zu der zu untersuchenden Struktur zu leiten.
In 3 ist der hintere Teil 1 des Gehäuses im Querschnitt dargestellt.
Die 4 und 5 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines vorderen Teils des Endoskops im Querschnitt und einen Ausschnitt desselben. An dem vorderen Teil des Gehäuses ist ein Rohr 9 vorgesehen, dessen distales Ende teilweise aufgeschnitten ist und eine Spitze 10 aufweist. Das Rohr umschließt zumindest teilweise die optischen Komponenten des Bildgebungssystems. Diese bestehen aus einem Objektiv 11 und einer Gradienten Index Faser 12. Das Okular ist Teil der Gradienten Index Faser, so dass ein separates Okular nicht notwendig ist. Diese optischen Komponenten sind von einer Schutzhülle 13 umgeben. Die Schutzhülle wird im distalen Bereich durch ein Saphir-Fenster 14 verschlossen. Zwischen Saphir-Fenster und Objektiv ist eine Linse 15 vorgesehen. Koaxial zur Schutzhülle 13 verlaufen die Lichtfasern 16 des Lichtleiters 8. Das Rohr 9 ist an einem Einschubkopf 17 befestigt, welcher über Schrauben 18 mit dem übrigen vorderen Gehäuseteil verbunden wird. Diese ermöglichen außerdem eine Justierung des Einschubkopfes im vorderen Gehäuseteil 2. Hierzu ist der Einschubkopf mit etwas Spiel und über zwei O-Ringe 19 in dem vorderen Gehäuseteil 2 gelagert. Dank dieses Spiels kann der Einschubkopf in seiner Ausrichtung beim Eindrehen der Schrauben 18 variiert werden.
An dem Einschubkopf 17 ist seitlich ein Stutzen 20 zum Zuführen einer Flüssigkeit vorgesehen. Dieser kann mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Flüssigkeitsleitung verbunden werden. Die Flüssigkeit gelangt durch einen Kanal 21, welcher durch eine Umhüllung 22 der Lichtfasern 16 und das Rohr 9 gebildet wird, in den distalen Bereich.
Das vordere Gehäuseteil 2 hat eine abgeknickte Form. Der durch das Objektiv 11 und die Gradienten Index Faser 12 aufgenommene Lichtstrahl wird durch das Prisma 23 umgelenkt und über die Linse 24 dem in 1 und 3 dargestellten CCD-Sensor zugeführt.
In den 6 und 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines vorderen Teils eines Endoskops dargestellt. Es unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der 4 und 5 lediglich durch das Übertragungssystem. Anstelle einer Gradienten Index Faser sind bei diesem Ausführungsbeispiel mehrere stabförmige Übertragungslinsen 25 und 26 vorgesehen. Dieser unterscheiden sich neben den optischen Eigenschaften hinsichtlich ihrer Länge. Die Übertragungslinsen 25 sind kürzer als die Übertragungslinsen 26. Das Okular 27 wird durch die dem Prisma 23 am nächsten angeordnete stabförmige Übertragungslinse gebildet. Die Zwischenräume 28 zwischen den stabförmigen Übertragungslinsen dienen als Puffer. Dieser soll verhindern, dass bei einer äußeren Krafteinwirkung oder bei einer temperaturbedingten Ausdehnung die Linsen keine Beschädigung erfahren.
In den 8 und 9 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines vorderen Teils eines Endoskops dargestellt. Im Unterschied zu dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den 4 bis 7 ist als Übertragungssystem ein System aus drei Achromaten 29 vorgesehen. Den Abschluss bildet an der dem Prisma 23 zugewandten Seite das Okular 30. Die Zwischenräume 31 zwischen den Achromaten 29 sind größer als die Zwischenräume 28 bei dem Übertragungssystem mit den stabförmigen Übertragungslinsen 25 und 26 des zweiten Ausführungsbeispiels. Damit ist das Endoskop gemäß Ausführungsbeispiel drei zwar noch weniger anfällig gegen Beschädigungen als das Endoskop gemäß Ausführungsbeispiel zwei, jedoch sind die Verluste bei der Übertragung der von dem zu untersuchenden Objekt reflektierten Strahlen größer. Die Ursache liegt darin, dass die Verluste in Luft größer sind als in dem Linsenmaterial.
Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

1: hinterer Gehäuseteil
2: vorderer Gehäuseteil
3: Verriegelung
4: CCD-Sensor
5: Fokussierlinse
6: Schieber
7: Kabel
8: Lichtleiter
9: Rohr
10: Spitze
11: Objektiv
12: Gradienten Index Faser
13: Schutzhülle
14: Saphir-Fenster
15: Linse
16: Lichtfaser
17: Einschubkopf
18: Schraube
19: O-Ring
20: Stutzen
21: Kanal
22: Umhüllung der Lichtfasern
23: Prisma
24: Linse
25: stabförmige Übertragungslinse
26: stabförmige Übertragungslinse
27: Okular
28: Zwischenraum
29: Achromat
30: Okular
31: Zwischenraum

Claims

Endoskop zur Untersuchung kleiner Strukturen mit einem Gehäuse (1, 2), mit einem Rohr (9), welches sich von dem vorderen Ende des Gehäuses aus erstreckt, mit einem Beleuchtungssystem (8, 16) um die zu untersuchende Struktur zu beleuchten, mit einem Bildgebungssystem um die in dem von der Struktur reflektierten Licht enthaltene Information als Bild aufzunehmen, mit einem Objektiv (11), einem Übertragungssystem (12, 25, 26, 29) und einem Okular (27, 30), welche Teil des Bildgebungssystems sind und das aufgenommene Bild auf einer optoelektronischen Kamera (4) abbilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (11), das Übertragungssystem (12, 25, 26, 29) und das Okular (27, 30) in einer Schutzhülle (13) angeordnet sind, welche zumindest teilweise von einem Lichtleiter (16) des Beleuchtungssystems und zumindest teilweise von dem Rohr (9) umschlossen wird, dass als Übertragungssystem eine Gradienten Index Faser (12), eine oder mehrere stabförmige Übertragungslinsen (25, 26) oder ein System mit mehreren Achromaten (29) vorgesehen sind.
Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Okular Teil der Gradienten Index Faser (12) ist.
Endoskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem distalen Ende der Schutzhülle (13) ein Fenster (14) aus Saphir vorgesehen ist.
Endoskop nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (9) mit seinem dem distalen Ende abgewandten Ende in einem Einschubkopf (17) befestigt ist, welcher lösbar mit dem übrigen Gehäuse (1, 2) verbunden ist.
Endoskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung des Einschubkopfs (17) an dem Gehäuse (2) mindestens drei Schrauben (18) vorgesehen sind, welche zusätzlich der Justierung des Einschubkopfes (17) dienen.
Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Gehäuseteil (2) des Gehäuses, welcher den Einschubkopf (17) und das Rohr (9) umfasst, lösbar mit dem übrigen Gehäuse (1) des Endoskops verbunden ist und autoklavierbar ist.
Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rohr (9) ein oder mehrere Kanäle (21) zum Zuführen einer Flüssigkeit vorgesehen sind, und dass im distalen Bereich des Rohrs (9) eine Kanalöffnung vorgesehen ist um die Flüssigkeit auf die zu untersuchende Struktur zu leiten.
Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1, 2) zwischen dem Okular und der optoelektronischen Kamera (4) ein Prisma (23) oder ein Spiegel zur Richtungsänderung der abbildenden Strahlen der Bildgebung vorgesehen sind.
Endoskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuse (2) eine abgenickte Form aufweist.
Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (9) an seinem distalen Ende teilweise aufgeschnitten ist und mit dem vorstehenden Teil eine Spitze (10) bildet.
Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rohr (9) und/oder an dem Einschubkopf ein Werkzeug zur Bearbeitung der zu untersuchenden Struktur vorgesehen ist.
Endoskop nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb für das Werkzeug vorgesehen ist, welcher an oder in dem Gehäuse angeordnet ist.
Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass das Rohr (9) einen Durchmesser von weniger als 1,0 mm aufweist.
Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (11), das Übertragungssystem (12) und das Okular einen Durchmesser von weniger als 0,4 mm aufweisen.