DE10116056A1 - Endoskopische Visualisierungsvorrichtung mit unterschiedlichen Bildsystemen - Google Patents
Endoskopische Visualisierungsvorrichtung mit unterschiedlichen BildsystemenInfo
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Abstract
Eine endoskopische Visualisierungsvorrichtung weist ein erstes Bildsystem (30) und zumindest ein zweites Bildsystem (32) auf, wobei von dem ersten Bildsystem (30) ein erstes Bildfeld (44) und von dem zweiten Bildsystem (32) ein zweites Bildfeld (46) erfaßt wird. Das erste Bildsystem (30) und das zweite Bildsystem (32) sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Das erste Bildsystem (30) und das zweite Bildsystem (32) sind hinsichtlich zumindest einer optischen Kenngröße signifikant unterschiedlich, und das erste Bildfeld (44) und das zumindest zweite Bildfeld (46) überlappen sich nur teilweise (Fig. 2).
Description
Die Erfindung betrifft eine endoskopische Visualisierungsvor
richtung, mit einem ersten Bildsystem und mit zumindest einem
zweiten Bildsystem, wobei von dem ersten Bildsystem ein erstes
Bildfeld und von dem zweiten Bildsystem ein zweites Bildfeld
erfaßt wird, und wobei die Bildsysteme in einem gemeinsamen Ge
häuse angeordnet sind.
Eine derartige endoskopische Visualisierungsvorrichtung ist aus
der DE 38 06 190 A1 bekannt.
Eine endoskopische Visualisierungsvorrichtung der eingangs ge
nannten Art wird beispielsweise zu medizinischen Zwecken bei
der sog. minimal-invasiven Chirurgie als Beobachtungssystem
verwendet. Bei Standard-Operationen wie beispielsweise der la
paroskopischen Cholezystektomie wird üblicherweise über drei
kleine künstlich geschaffene Inzisionen in der Bauchdecke der
Bauchraum zugängig gemacht. Eine der drei Öffnungen dient der
Einführung der Visualisierungsvorrichtung, beispielsweise eines
Endoskops, durch die beiden anderen Öffnungen werden die Ar
beitsinstrumente, beispielsweise Rohrschaftinstrumente, in den
Bauchraum eingeführt. Der chirurgische Eingriff wird durch die
vom Chirurgen geführten Instrumente unter visueller Kontrolle
über den Monitor ausgeführt, auf dem das von der endoskopischen
Visualisierungsvorrichtung gelieferte Bild dargestellt wird.
Die endoskopische Visualisierungsvorrichtung selbst wird vom
Assistenzpersonal bedient und lagemäßig so gesteuert, daß der
Arbeitsbereich der Arbeitsinstrumente sich stets im Bildfeld
der Visualisierungsvorrichtung befindet.
Oft besteht der Wunsch, das Operationsgebiet vergrößert oder
aus einem anderen Blickwinkel auf dem Monitor darzustellen. Um
das Operationsgebiet vergrößert darstellen zu können, ist es
bekannt, ein proximalseitig oder distalseitig einstellbares
Zoom-Objektiv zu verwenden, oder das Endoskop wird zu diesem
Zweck axial verschoben. Um das Operationsgebiet aus einem ande
ren Blickwinkel darzustellen, ist es erforderlich, nacheinander
verschiedene Endoskope mit unterschiedlichen Blickrichtungen zu
verwenden. Sowohl die Einstellung eines Zoom-Objektivs, die
axiale Verschiebung des Endoskops als auch der Wechsel ver
schiedener Endoskope stellen zusätzliche Manipulationen und da
mit einen zusätzlichen Aufwand dar, so daß sich die Operationszeiten
verlängern und sich die Kosten von Operationen aufgrund
zusätzlicher Visualisierungsvorrichtungen erhöhen.
Im Stand der Technik sind jedoch Anordnungen bekannt, die eine
Mehrfachdarstellung des Operationsbereichs und damit eine Ab
hilfe hinsichtlich der vorstehend genannten Nachteile anbieten.
Aus der eingangs genannten DE 38 06 190 A1 ist eine elektroni
sche Endoskopeinrichtung bekannt, die ein längliches Einführ
teil umfaßt, zwei bildformende optische Systeme in Form von
zwei Objektiven am distalen Ende des Einführteils und eine Ab
bildungsvorrichtung in Form eines elektronischen Bildaufneh
mers, der den beiden Objektiven zugeordnet ist. Mit dieser be
kannten endoskopischen Visualisierungsvorrichtung ist es mög
lich, einen Stereoblick zu gewinnen. Diese endoskopische Visua
lisierungsvorrichtung umfaßt somit zwei Bildsysteme, die je
weils ein Bildfeld erfassen. Die durch die beiden Bildsysteme
erfaßten Bildfelder sind jedoch im wesentlichen identisch und
überlappen sich im wesentlichen vollständig. Die beiden Objek
tive der beiden Bildsysteme und damit diese selbst sind zu die
sem Zweck hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften identisch.
Die beiden Bildsysteme unterscheiden sich lediglich geringfügig
in ihren Blickrichtungen, was auch erforderlich ist, damit die
beiden nebeneinanderliegenden Bildsysteme dasselbe Bildfeld er
fassen, um einen räumlichen Eindruck von diesem Bildfeld zu er
halten.
Eine damit vergleichbare endoskopische Visualisierungsvorrich
tung ist aus der DE 42 41 938 A1 bekannt, die ein Endoskop mit
Stereo-Seitblickoptik beschreibt. Auch bei diesem bekannten Vi
sualisierungssystem überlappen sich die Bildfelder der beiden
Bildsysteme nahezu vollständig und unterscheiden sich die Bild
systeme hinsichtlich ihrer Abbildungseigenschaften nicht, um
eben ein Stereobild bzw. einen räumlichen Eindruck von einem
beobachteten Objekt zu vermitteln. Außer dieser stereoskopi
schen Information ist es bei den beiden zuvor genannten bekann
ten Visualisierungsvorrichtungen nicht möglich, weitere Bildin
formationen über das Operationsgebiet zu erhalten.
Ferner ist aus der US 5,166,787 ein Videoendoskop bekannt, das
gemäß einem Ausführungsbeispiel zwei Bildsysteme bestehend aus
jeweils einem Objektiv und einem elektronischen Bildaufnehmer
aufweist. Gemäß einer Variante dieses bekannten Endoskops sind
die beiden Bildsysteme in der Lage, einen Stereoskopie-Effekt
zu erzeugen, in der die beiden Bildsysteme in eine Lage ver
schwenkt werden, in der die beiden Bildsysteme zwei Bildfelder
erfassen, die sich wiederum nahezu vollständig überlappen. Ge
mäß einer weiteren Alternative sind zwei Bildsysteme in dem En
doskop vorhanden, deren Blickrichtung sich um 180° unterschei
det, so daß die von den beiden Bildsystemen erfaßten Bildfelder
vollständig disjunkt sind. Hierdurch wird zwar ein insgesamt
größeres Gesamt-Bildfeld erzielt, jedoch können aus ein und
demselben beobachteten Areal keine zusätzlichen Bildinformatio
nen erhalten werden. Davon abgesehen sind bei diesem Endoskop
die bereits zuvor genannten unerwünschten Manipulationen erfor
derlich, um die beiden Bildsysteme in die entsprechende aktive
Position zu bewegen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine endoskopi
sche Visualisierungsvorrichtung der eingangs genannten Art da
hingehend weiterzubilden, daß mit ein und derselben Visualisie
rungsvorrichtung ein höherer Gehalt an Bildinformationen erhalten
werden kann, ohne daß dazu Manipulationen an der Visuali
sierungsvorrichtung oder gar ein Wechsel der Visualisierungs
vorrichtung erforderlich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs
genannten endoskopischen Visualisierungsvorrichtung dadurch ge
löst, daß das erste Bildsystem und das zweite Bildsystem hin
sichtlich zumindest einer optischen Kenngröße signifikant un
terschiedlich sind, und daß das erste Bildfeld und das zumin
dest zweite Bildfeld sich nur teilweise überlappen.
Die erfindungsgemäße endoskopische Visualisierungsvorrichtung
unterscheidet sich von den rein stereoskopischen Visualisie
rungssystemen dadurch, daß sich das erste Bildfeld und das zu
mindest zweite Bildfeld nur teilweise überlappen, so daß die
Bildfelder unterschiedliche Erfassungsbereiche überdecken. Von
der bekannten endoskopischen Visualisierungsvorrichtung, bei
der die beiden Bildsysteme vollständig unterschiedliche, d. h.
disjunkte Bildfelder erfassen, unterscheidet sich die erfin
dungsgemäße Visualisierungsvorrichtung dadurch, daß sich die
zumindest zwei Bildfelder zumindest teilweise überlappen. In
dem teilweisen Überlappungsbereich der von den zumindest zwei
Bildsystemen erfaßten Bildfeldern kann nicht nur stereoskopi
sche Bildinformation, sondern darüber hinaus weitere Bildinfor
mation erhalten werden, beispielsweise dann, wenn sich die bei
den Bildsysteme hinsichtlich ihres Öffnungswinkels als optische
Kenngröße unterscheiden, wie in einer nachfolgend beschriebenen
bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen ist. Gegenüber den reinen
Stereo-Visualisierungssystemen wird durch die nur teilweise
Überlappung der zumindest zwei Bildfelder ein insgesamt größe
rer Bildbereich erfaßt, wodurch ebenfalls weitere zusätzliche
Bildinformation erhalten werden kann. Mit der erfindungsgemäßen
endoskopischen Visualisierungsvorrichtung wird mit anderen Wor
ten ein "multivisuelles" Visualisierungssystem geschaffen, das
die Gewinnung zusätzlicher Bildinformationen ohne zusätzliche
Manipulationen durch das Assistenzpersonal und ohne erhöhten
instrumentellen Aufwand ermöglicht. Während bei stereoendosko
pischen Systemen allenfalls ein auf Toleranzen beruhender Un
terschied der optischen Kenngrößen der beiden Bildsysteme auf
treten kann, sollen sich die Bildsysteme der erfindungsgemäßen
Visualisierungsvorrichtung signifikant voneinander hinsichtlich
zumindest einer optischen Kenngröße unterscheiden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung unterscheidet sich das erste
Bildsystem von dem zumindest zweiten Bildsystem hinsichtlich
der Blickrichtung.
Bei dieser Ausgestaltung besteht der Vorteil darin, daß gegen
über den üblichen stereoskopischen Visualisierungseinheiten ein
insgesamt größeres Gesamt-Bildfeld erhalten wird, wobei in dem
teilweisen Überlappungsbereich stereoskopische, d. h. räumliche
Informationen von einem beobachteten Objekt erhalten werden
können. Die Blickrichtungen sind auch nicht nur geringfügig un
terschiedlich und zueinander konjugiert, wie beispielsweise bei
Stereoendoskop-Systemen, sondern unterscheiden sich wiederum
signifikant. Im Unterschied zu Stereo-Endoskopen können die
Blickrichtungen auch so gewählt sein, daß sie keinen Schnitt
punkt im Gesamtbildfeld besitzen, d. h. divergieren, mit der
Maßgabe, daß sich die Bildfelder teilweise überlappen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung unterscheidet sich
das erste Bildsystem von dem zumindest zweiten Bildsystem hin
sichtlich des Öffnungswinkels.
Durch diese Ausgestaltung werden vorteilhafterweise zwei Bild
systeme mit unterschiedlichen Abbildungseigenschaften miteinan
der in ein und derselben Visualisierungsvorrichtung kombiniert,
wobei sich die Abbildungseigenschaften in einer unterschiedli
chen Vergrößerung des beobachteten Bildes manifestieren. Ein
Zoom-Objektiv, wie es im Stand der Technik vorgesehen ist, und
das entsprechend vom Assistenzpersonal eingestellt werden muß,
kann somit bei der erfindungsgemäßen Visualisierungsvorrichtung
entfallen. Insbesondere im Überlappungsbereich der beiden Bild
felder tritt zu der dort erhaltenen quasi-stereoskopischen
Bildinformation noch eine weitere Bildinformation hinzu, die
sich durch unterschiedliche Zoom-Faktoren ergibt. Auf diese
Weise läßt sich die erfindungsgemäße Visualisierungsvorrichtung
vorteilhafterweise zur Vermessung von Objekten und zur Ab
standsmessung zwischen der Visualisierungsvorrichtung und einem
Objekt, beispielsweise Gewebe im menschlichen Körper, nutzen.
Selbstverständlich läßt sich die zuvor genannte Ausgestaltung,
wonach sich das erste Bildsystem von dem zumindest zweiten
Bildsystem hinsichtlich des Öffnungswinkels unterscheidet, auch
mit der davor genannten Ausgestaltung kombinieren, wonach sich
das erste Bildsystem von dem zumindest zweiten Bildsystem hin
sichtlich der Blickrichtung unterscheidet. Der Informationsge
winn des erhaltenen Bildes wird somit noch weiter erhöht. Dar
über hinaus versteht es sich, daß nicht nur zwei unterschiedli
che Bildsysteme, sondern auch drei und mehr unterschiedliche
Bildsysteme in der zuvor genannten Weise in ein und derselben
Visualisierungsvorrichtung integriert werden können, wenn dies
aus Platzgründen möglich ist. Hierbei ist zu berücksichtigen,
daß endoskopische Visualisierungsvorrichtungen zur Verwendung
in der minimal-invasiven Chirurgie besondere Anforderungen an
die maximale Baugröße erfüllen sollten.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erste
Bildsystem distalseitig ein erstes Objektiv und das zumindest
zweite Bildsystem distalseitig ein zweites Objektiv auf, und
unterscheidet sich das erste Objektiv von dem zweiten Objektiv
signifikant hinsichtlich der zumindest einen optischen Kenngrö
ße.
Diese Maßnahme ist nicht nur dann von Vorteil, wenn die endo
skopische Visualisierungsvorrichtung zumindest zwei Bildsysteme
auf der Basis von elektronischen Bildaufnehmern aufweist, son
dern auch dann, wenn die endoskopische Visualisierungsvorrich
tung zumindest zwei Bildsysteme auf der Basis von Relaislinsen
systemen oder geordneten Faserbündeln zur Bildübertragung auf
weist. Denn im letzteren Fall ist es aufgrund der vorstehend
genannten Maßnahme möglich, die beiden Bildsysteme bis auf die
unterschiedlichen Objektive identisch auszugestalten, wodurch
der konstruktive Aufwand vorteilhafterweise verringert wird.
Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn dem er
sten Objektiv ein erster elektronischer Bildaufnehmer und dem
zweiten Objektiv ein zweiter elektronischer Bildaufnehmer zuge
ordnet ist.
Während die vorliegende Erfindung, wie zuvor erwähnt, auch bei
endoskopischen Visualisierungsvorrichtungen mit Bildsystemen
auf der Basis von optischen Bildübertragungssystemen einsetzbar
ist, hat die vorstehend genannte Maßnahme den besonderen Vor
teil, daß die gesamte Visualisierungsvorrichtung sehr
schmalbauend ausgestaltet werden kann, was für medizinische An
wendungen stets gefordert wird. Um zumindest zwei Bildsysteme
auf der Basis optischer Bildübertragungssysteme in einem Stan
dard-Endoskop zu integrieren, müßten die beiden Bildübertra
gungssysteme nämlich sehr dünn ausgebildet werden, was mit ei
nem entsprechenden Qualitätsverlust der Bildübertragung verbun
den ist. Demgegenüber sind derzeit bereits miniaturisierte
elektronische Bildaufnehmer mit maximalen Durchmessern unter
3 mm verfügbar, die den Einsatz mehrerer solcher Systeme in ei
nem Endoskop ermöglichen.
Dabei ist es bevorzugt, wenn für den zweiten und ggf. jeden
weiteren Bildaufnehmer nur jeweils eine zusätzliche Signallei
tung zur Videobildübertragung von distal nach proximal führt,
während die Signale zum Auslesen und zur Spannungsversorgung
der Bildaufnehmer für alle Bildaufnehmer gemeinsam genutzt wer
den.
Bei einer solchen Schaltung der elektronischen Bildaufnehmer
ist es möglich, mit nur einer Ansteuerschaltung und der glei
chen Anzahl von Zuleitungen für die Spannungsversorgung zum
Auslesen und für die Taktsignale der Bildaufnehmer auszukommen
wie für einen einzigen elektronischen Bildaufnehmer, wobei dann
nur jeweils ein zusätzliches Kabel pro Bildaufnehmer als Si
gnalleitung für das Videooutput-Signal erforderlich ist.
Um eine Bildaufrichtung des beobachteten Bilds zu ermöglichen,
ist der erste Bildaufnehmer und/oder der zweite Bildaufnehmer
bevorzugt um eine Achse quer zur Bildaufnahmefläche drehbar.
Eine Bildaufrichtung kann jedoch auch über eine entsprechende
Datenverarbeitung in der Bildverarbeitungseinheit, der die Vi
deooutput-Signale zugespeist werden, realisiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist den Bildsyste
men zumindest ein Beleuchtungssystem zugeordnet, das Licht so
abstrahlt, daß jedes Bildfeld ausgeleuchtet ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß alle von den Bildsystemen
erfaßten Bildfelder entsprechend der zuvor genannten Ausgestal
tungen ausreichend ausgeleuchtet sind und gewährleistet ist,
daß alle zusätzlich gewonnenen Bildinformationen verwertet wer
den.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine Positio
niereinrichtung zum automatischen Nachführen der Visualisie
rungsvorrichtung in Abhängigkeit von einer Position eines Ar
beitsinstruments vorgesehen, wobei die Positioniereinrichtung
so wirkt, daß das Arbeitsinstrument stets in dem einen der
Bildfelder erscheint.
Besonders vorteilhaft ist diese Ausgestaltung im Zusammenhang
mit der oben genannten Ausgestaltung, wonach sich die zumindest
zwei Bildsysteme hinsichtlich ihres Öffnungswinkels unterschei
den. Die Positioniereinrichtung kann beispielsweise so ausge
bildet sein, daß eine Nachführung der Visualisierungsvorrich
tung dann erfolgt, wenn sich das Arbeitsinstrument aus dem gezoomten
Bild des einen Bildsystems mit kleinerem Öffnungswinkel
heraus in das Übersichtsbild des Bildsystems mit größerem Öff
nungswinkel bewegt, so daß das Arbeitsinstrument stets in dem
Bildfeld des Bildsystems kleineren Öffnungswinkels erscheint.
Das Bild größeren Öffnungswinkels kann dem Chirurgen als Über
sichtsbild zur besseren Orientierung im Operationsraum dienen,
während das Bildfeld kleineren Öffnungswinkels und damit ver
größertem Bild eine höher auflösende Beobachtung der Spitze des
Arbeitsinstruments und des in deren Nähe befindlichen Gewebes
ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Visualisierungsvorrichtung kann in einer
bevorzugten Ausgestaltung in Form eines Endoskops ausgebildet
sein, wobei die zumindest zwei Bildsysteme in einem distalen
Ende eines Schafts des Endoskops angeordnet sind. Insbesondere
in Verbindung der Ausgestaltung der Bildsysteme mit elektroni
schen Bildaufnehmern kann der Schaft vorteilhafterweise sehr
schmalbauend ausgebildet werden.
Alternativ hierzu ist es ebenso bevorzugt, wenn die endoskopi
sche Visualisierungsvorrichtung in Form einer Videokameraein
heit, die die zumindest zwei Bildsysteme gemäß einer oder meh
reren der zuvor genannten Ausgestaltungen aufweist, ausgebildet
ist, die an einem Führungsschaft zum Führen eines Arbeitsin
struments befestigt ist.
Durch diese Ausgestaltung läßt sich die Anzahl von in der Kör
peroberfläche zu schaffenden Inzisionen bei einer minimal
invasiven Operation verringern, wenn die endoskopische Visuali
sierungsvorrichtung, an dem Führungsschaft befestigt ist, durch
den das Arbeitsinstrument in das Operationsgebiet eingeführt
ist. Auch kann hierdurch eine sehr einfache, insbesondere me
chanisch wirkende Positioniereinrichtung zum Nachführen der Vi
sualisierungsvorrichtung in Abhängigkeit von der Position des
Arbeitsinstruments realisiert werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei
bung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden mit Bezug auf diese hier noch näher be
schrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine endoskopische Visualisierungsvorrichtung in ei
ner Gesamtdarstellung und ihre Verbindung mit Peri
pheriegeräten;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das distale Ende der endo
skopischen Visualisierungsvorrichtung in Fig. 1 in
einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab;
Fig. 3 eine Vorderansicht des distalen Endes der endoskopi
schen Visualisierungsvorrichtung in Fig. 2;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein distales Ende einer en
doskopischen Visualisierungsvorrichtung in einem ge
genüber Fig. 2 und 3 abgewandelten Ausführungsbei
spiel; und
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4.
In Fig. 1 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 verse
hene endoskopische Visualisierungsvorrichtung dargestellt. Die
endoskopische Visualisierungsvorrichtung 10 ist in dem gezeig
ten Ausführungsbeispiel in Form eines Endoskops 12 ausgebildet.
Die endoskopische Visualisierungsvorrichtung 10 in Form des En
doskops 12 wird im Rahmen der minimal-invasiven Chirurgie ver
wendet.
Das Endoskop 12 weist einen langerstreckten Schaft auf, dessen
distaler Endabschnitt bzw. distales Ende mit dem Bezugszei
chen 16 versehen ist.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schaft 14 insge
samt starr ausgebildet, jedoch läßt sich die vorliegende Erfin
dung genauso gut bei einem flexiblen Endoskop mit einem ent
sprechend flexiblen Schaft einsetzen.
Das Endoskop 12 ist ferner als Video-Endoskop ausgebildet und
weist daher am proximalen Ende des Schafts 14 kein Okular, son
dern ein Handstück 18 auf. Von dem Handstück 18 führt ein Ka
bel 20 zur elektrischen Signalübertragung zu einer Bildverar
beitungseinheit 22, die wiederum mit einem Monitor 24 zur Darstellung
endoskopischer Bilder, die von dem Endoskop 12 gelie
fert werden, verbunden ist.
Des weiteren ist eine Lichtquelle 26 vorgesehen, die Licht er
zeugt, das in das Endoskop 12 durch das Handstück 18 hindurch
in den Schaft 14 bis zum distalen Ende 16 eingespeist wird. Die
Lichtquelle 26 ist über ein Lichtleitkabel 28 entsprechend mit
dem Handstück 18 des Endoskops 12 verbunden.
In Fig. 2 und 3 ist der distale Abschnitt 16 des Schafts 14 des
Endoskops 12 im vergrößerten Maßstab mit weiteren Einzelheiten
dargestellt.
In dem Schaft 14 ist ein erstes Bildsystem 30 und parallel dazu
ein zweites Bildsystem 32 angeordnet.
Das erste Bildsystem 30 weist ein erstes Objektiv 34 auf, wäh
rend das zweite Bildsystem 32 ein zweites Objektiv 36 aufweist.
Das erste Objektiv 34 umfaßt eine hier nur beispielhaft und
symbolisch dargestellte Anordnung aus Linsen 38 auf, während
das zweite Objektiv 36 eine Anordnung, die hier ebenfalls nur
beispielhaft zu verstehen ist, aus zwei Prismen 40 und einer
Linse 42 aufweist.
Die symbolische Darstellung der Objektive 34 und 36 soll hier
veranschaulichen, daß die beiden Objektive 36 und 38 unter
schiedliche optische Kenngrößen aufweisen.
Die optischen Kenngrößen eines endoskopischen Visualisierungs
systems bestimmen das von dem entsprechenden Bildsystem erfaßte
Bildfeld und die daraus erhaltene Bildinformation. Das erfaßte
Bildfeld einschließlich der daraus erhaltenen Bildinformation
wird bei einem endoskopischen Visualisierungssystem durch die
Blickrichtung als der ersten optischen Kenngröße und durch den
Öffnungswinkel als zweiter optischer Kenngröße bestimmt.
Ein von dem ersten Bildsystem 30 erfaßtes Bildfeld ist mit dem
Bezugszeichen 44 versehen, während ein von dem zweiten Bildsy
stem 32 erfaßtes Bildfeld mit dem Bezugszeichen 46 versehen
ist. Die Begrenzung des ersten Bildfeldes 44 ist mit strich
punktierten Linien 48 und 50 veranschaulicht, während die Be
grenzung des zweiten Bildfelds 46 durch unterbrochene Linien 52
und 54 veranschaulicht ist.
Das erste Bildsystem 30 und das zweite Bildsystem 32, d. h. ge
nauer gesagt das erste Objektiv 34 und das zweite Objektiv 36
sind nun so ausgebildet bzw. orientiert, daß sich das erste
Bildfeld 44 und das zweite Bildfeld 46 nur teilweise überlap
pen, wobei ein entsprechender Überlappungsbereich mit dem Be
zugszeichen 56 versehen ist (schraffiert in Fig. 2).
Ein Öffnungswinkel des ersten Bildsystems 30 ist mit dem Be
zugszeichen 58 versehen, während ein Öffnungswinkel des zweiten
Bildsystems 32 mit dem Bezugszeichen 60 versehen ist. Eine
Blickrichtung des ersten Bildsystems 30 ist durch einen
Pfeil 62 veranschaulicht, und eine Blickrichtung des zweiten
Bildsystems 32 mit einem Pfeil 64.
In dem in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des
Endoskops 12 in Fig. 1 unterscheiden sich das erste Bildsy
stem 30 und das zweite Bildsystem 32 hinsichtlich der Blick
richtungen 62 und 64. Das erste Bildsystem 30 weist eine Blickrichtung
von etwa 0° bezogen auf die Längsachse des Schafts 14
auf, während die Blickrichtung 64 des zweiten Bildsystems 32
mit der Längsachse des Schafts 14 einen Winkel von etwa 30°
einschließt. Die Blickrichtungen 62 und 64 divergieren in die
sem Ausführungsbeispiel. Die Öffnungswinkel 58 und 60 unter
scheiden sich in dem in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungs
beispiel hingegen nicht. Außer den zuvor genannten Blickrich
tungen sind im Rahmen der Erfindung auch andere Blickrichtungen
verwendbar, beispielsweise 0° und 60°, 30° und 60°, 60° und
90°, usw., solange sich die zugeordneten Bildfelder zumindest
teilweise, aber nicht vollständig überlappen und die Blickrich
tungen signifikant unterschiedlich sind.
Das Endoskop 12 integriert somit in einem einzigen Endoskop
zwei Bildsysteme mit unterschiedlichen Blickrichtungen und
gleichem Öffnungswinkel. Aus dem Überlappungsbereich 56 der
beiden Bildfelder 44 und 46 kann stereoskopische Bildinformati
on eines sich darin befindlichen Objekts gewonnen werden, d. h.
dieses Objekt kann im Überlappungsbereich 56 räumlich gesehen
werden. Das gesamte Bild der beiden Bildsysteme 30 und 32, das
durch die Linien 48 und 54 in Fig. 2 begrenzt ist, ist jedoch
gegenüber einem herkömmlichen Stereo-Endoskop, bei dem sich
beide Bildfelder vollständig überlagern, wesentlich vergrößert.
Das erste Bildsystem 30 und das zweite Bildsystem 32 weisen
ferner jeweils einen elektronischen Bildaufnehmer 66 bzw. 68
auf, auf die das jeweilige Objektiv 34 bzw. 36 abbildet. Die
unmittelbare Zuordnung der Bildaufnehmer 66 und 68 zu den Ob
jektiven 34 und 36, d. h. die distalseitige Anordnung der Bild
aufnehmer 66 und 68 hat den Vorteil, daß optische Übertragungs
systeme wie Lichtleiter oder Relaislinsensysteme, die einen
entsprechenden Durchmesser benötigen, um eine ausreichende
Übertragungsqualität zu gewährleisten, nicht benötigt werden.
Jedoch ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenso mög
lich, die Bildaufnehmer 66 und 68 am proximalen Ende des Endo
skops, beispielsweise im Handstück 18, anzuordnen und ausgehend
von den Objektiven 34 bzw. 36 eine Lichtübertragung durch
Lichtleiter und dgl. zu den Bildaufnehmern vorzusehen.
Die Bildaufnehmer 66 und 68 sind in Verbindung mit einem Tape
Automated Bonding (TAB)-Package ausgeführt, bei denen die An
schlußpads 70 und 72 des ersten Bildaufnehmers 66 und die An
schlußpads 74 und 76 des zweiten Bildaufnehmers 68 spiegelbild
lich zueinander belegt sind. Die Pads 72 und 74 können somit
direkt miteinander kontaktiert werden, wie in Fig. 2 darge
stellt ist. Dadurch kann die Ansteuerung der beiden Bildaufneh
mer 66 und 68 über eine gemeinsame Zuleitung erfolgen, während
lediglich die Videooutput-Signale getrennt verlaufen und ent
sprechend an den Pads 70 und 76 abgegriffen werden. Entspre
chende elektrische Leitungen sind mit dem Bezugszeichen 78 und
80 versehen.
Zumindest einer der Bildaufnehmer 66 und 68 ist um eine paral
lel zur Längsmittelachse des Schafts 14 verlaufenden Achse, die
quer zur frontalen Bildaufnahmefläche des entsprechenden Bild
aufnehmers 66 bzw. 68 verläuft, drehbar, um eines der beiden
den Bildfeldern 44 bzw. 46 entsprechenden Bildern aufzurichten
bzw. dem anderen Bildfeld entsprechend anzupassen. Anstelle der
Drehbarkeit der Bildaufnehmer 66 und/oder 68 kann auch eine
entsprechende Bildaufrichtung in der Bildverarbeitungsein
heit 22 erfolgen.
Lichteintrittsseitige Flächen 82 und 84 der Bildsysteme 30 und
32 sind entsprechend der unterschiedlichen Blickrichtungen 62
und 64 um einen Winkel von etwa 30° gegeneinander geneigt. Je
dem der Bildsysteme 30 und 32 ist ein entsprechendes Beleuch
tungssystem zugeordnet, wobei das Beleuchtungssystem einen er
sten Lichtleiter 86 und einen zweiten Lichtleiter 88 umfaßt,
deren lichtaustrittsseitiges Ende in der Fläche 82 liegt, so
daß die Lichtleiter 86 und 88 von der Lichtquelle 26 erzeugtes
Licht in das Bildfeld 44 abstrahlen. Entsprechend weist das Be
leuchtungssystem zwei weitere Lichtleiter 90 und 92 auf, die in
der Fläche 84 münden und dementsprechend so gerichtet sind, daß
sie das Bildfeld 46 vollständig ausleuchten.
Anstelle von einem oder mehreren Lichtleitern wie in Fig. 3
können an entsprechender Stelle auch Lichtquellen wie Leucht
dioden angeordnet sein, die entsprechend über eine elektrische
Zuleitung von proximal gespeist werden.
In Fig. 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer en
doskopischen Visualisierungsvorrichtung dargestellt, wobei die
se endoskopische Visualisierungsvorrichtung wiederum in Form
eines Endoskops 100 vergleichbar dem Endoskop 12 ausgebildet
ist. Das Endoskop 100 weist einen Schaft 102 auf, in dessen di
stalem Abschnitt 104 ein erstes Bildsystem 106 und ein zweites
Bildsystem 108 angeordnet sind.
Das erste Bildsystem 106 erfaßt ein erstes Bildfeld 110, dessen
Grenzen durch Linien 112 und 114 veranschaulicht sind, während
das zweite Bildsystem 108 ein zweites Bildfeld 116 erfaßt, des
sen Begrenzung durch Linien 118 bzw. 120 veranschaulicht ist.
Das erste Bildsystem 106 weist ein erstes Objektiv 122 und ei
nen ersten elektronischen Bildaufnehmer 124, und das zweite
Bildsystem 108 weist ein zweites Objektiv 126 und einen zweiten
Bildaufnehmer 128 auf.
Das erste Bildsystem 106 und das zweite Bildsystem 108 unter
scheiden sich wiederum hinsichtlich zumindest einer optischen
Kenngröße, und zwar im vorliegenden Fall hinsichtlich ihres
Öffnungswinkels 130 bzw. 132. Der Öffnungswinkel 130 des ersten
Bildsystems 106, der durch das erste Objektiv 122 vorgegeben
ist, ist dabei größer als der Öffnungswinkel 132 des zweiten
Bildsystems 108, der durch dessen Objektiv 126 bestimmt wird.
Die entsprechenden von dem Bildsystem 106 und 108 erfaßten
Bildfelder 110 und 116 überlappen sich wie im vorhergehenden
Ausführungsbeispiel nur teilweise. Ein entsprechender Überlap
pungsbereich ist in Fig. 4 schraffiert dargestellt und mit dem
Bezugszeichen 134 versehen.
Ein im Überlappungsbereich 134 befindliches Objekt wird durch
das zweite Bildsystem 108 mit dem kleineren Öffnungswinkel 132
vergrößert gesehen, so daß das zweite Bildsystem 108 einem
Zoom-Objektiv gleichkommt, während das gleiche Objekt im Über
lappungsbereich 134 gleichzeitig im Bildfeld 110 des ersten
Bildsystems 106 mit größerem Öffnungswinkel erscheint, wodurch
diese Bildinformation dazu genutzt werden kann, die Lage des
Objekts bezüglich der Umgebung im Operationsbereich im Sinne
eines Übersichtsbildes zu erkennen.
Bei dieser Ausgestaltung ist es somit mit nur dem einen Endo
skop 100 möglich, von ein und demselben Objekt einerseits ein
Übersichtsbild (Totale), andererseits ein vergrößertes Bild zu
erhalten. Darüber hinaus ergeben sich im Überlappungsbe
reich 134 der Bildfelder 110 und 116 quasi-stereoskopische Ef
fekte, die eine räumliche exakte Geometrieerfassung des beob
achteten Objekts und auch eine Abstandsmessung zwischen dem di
stalen Ende 104 des Endoskops 100 und dem Objekt zu erhalten.
Der Öffnungswinkel 130 des ersten Bildsystems 106 beträgt bei
spielsweise 75°, und der zweite Öffnungswinkel 132 des zweiten
Bildsystems 108 beispielsweise 40°.
Während die Objektive 122 und 126 in Fig. 4 eine Blickrichtung
von etwa 0° zur Längsachse des Schafts 102 aufweisen, wie mit
Pfeilen 136 und 138 angedeutet ist, können jedoch auch entspre
chende Objektive mit dem gleichen Öffnungswinkel, jedoch unter
schiedlichen Blickrichtungen, vorgesehen werden.
Es versteht sich, daß das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 mit
dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 kombiniert werden kann,
d. h. es können zwei oder mehr Bildsysteme mit sowohl unter
schiedlichen Öffnungswinkeln als auch unterschiedlichen Blick
richtungen in ein und derselben Visualisierungsvorrichtung mit
einander kombiniert werden.
Gemäß Fig. 5 ist den Bildsystemen 106 und 108 wiederum zumin
dest ein Beleuchtungssystem in Form von Lichtleitern 140 bis
146 zugeordnet, das eine entsprechende Ausleuchtung der Bild
felder 110 und 116 gewährleistet. Um dem größeren Öffnungswin
kel 130 des Bildsystems 106 entsprechend eine ausreichende Aus
leuchtung des Bildfelds 110 zu gewährleisten, sind den Lichtleitern
140 und 142 beispielsweise entsprechende Aufweitungsop
tiken zugeordnet.
In Fig. 4 ist des weiteren ein Arbeitsinstrument 148 darge
stellt, dessen distale Spitze 150 gleichzeitig im Bildfeld 116
des zweiten Bildsystems 108 und gleichzeitig im ersten Bild
feld 110 des ersten Bildsystems 106, mit anderen Worten im
Überlappungsbereich 134 beider Bildfelder 110 und 116 liegt.
Es ist eine nicht dargestellte Positioniereinrichtung zum auto
matischen Nachführen der Visualisierungsvorrichtung bzw. des
Endoskops 100 vorgesehen, die das Endoskop 100 in Abhängigkeit
von der Position des Arbeitsinstruments 148, beispielsweise in
Abhängigkeit von der Position der Spitze 150 des Arbeitsinstru
ments 148 derart nachführt, daß die Spitze 150 des Arbeitsin
struments 148 stets in dem zweiten Bildfeld 116 erscheint, in
dem die Spitze 150 des Arbeitsinstruments 148 vergrößert abge
bildet wird.
Bewegt sich bei einer Manipulation des Arbeitsinstruments 148
bei einem chirurgischen Eingriff derart, daß die Spitze 150 au
ßerhalb des Bildfelds 116 zu liegen kommt, beispielsweise an
einer mit dem Bezugszeichen 152 versehenen Stelle, wird die Po
sitioniereinrichtung aktiv und führt das Endoskop 100 so nach,
daß die Spitze 150 wieder in dem Bildfeld 116, d. h. vergrößert
erscheint. Solange die Spitze 150 im Bildfeld 116 erscheint,
ist die Positioniereinrichtung inaktiv, d. h. eine Bewegung der
Spitze 150 im Bildfeld 116 führt vorzugsweise nicht zu einer
Nachführung des Endoskops 100. Die Positioniereinrichtung weist
entsprechende Positionssensoren auf, um die Lage der Spitze 150
des Arbeitsinstruments 148 entsprechend zu detektieren. Die Positioniereinrichtung
kann entsprechend durch die Bildverarbei
tungseinheit gesteuert werden.
Ferner ist in Fig. 4 dargestellt, daß die Bildaufnehmer 124 und
128 auf einem gemeinsamen Pad, d. h. einer gemeinsamen Platine
kontaktiert sind, wobei für beide Bildaufnehmer 124 und 128 nur
eine Zuleitung zur Speisung der Bildaufnehmer erforderlich ist,
während die Videooutput-Signale entsprechend getrennt nach
proximal zur Bildverarbeitungseinheit 22 geführt werden müssen.
Entsprechende Leitungen 154 sind in Fig. 4 dargestellt.
Wie bereits erwähnt, lassen sich die Ausführungsbeispiele der
Fig. 2 und 3 und 4 sowie 5 miteinander kombinieren. Des weite
ren können auch mehr als zwei Bildsysteme in einer endoskopi
schen Visualisierungsvorrichtung integriert sein, wodurch der
gewonnene Informationsgehalt der endoskopischen Bilder noch
weiter erhöht werden kann.
Während in den Ausführungsbeispielen die endoskopische Visuali
sierungsvorrichtung jeweils in Form eines Endoskops ausgebildet
ist, kann die endoskopische Visualisierungsvorrichtung jedoch
auch eine Videokameraeinheit aufweisen, die die zumindest zwei
Bildsysteme aufweist, und die an einem Führungsschaft zum Füh
ren eines Arbeitsinstruments, wie demjenigen des Arbeitsinstru
ments 148 in Fig. 4, befestigt ist. Auf diese Weise kann eine
mechanische Kopplung zwischen der endoskopischen Visualisie
rungsvorrichtung und dem Arbeitsinstrument erreicht werden, die
eine einfache Art der automatischen Nachführung der endoskopi
schen Visualisierungsvorrichtung in Abhängigkeit der Position
des Arbeitsinstruments ermöglicht. Eine solche Videokameraein
heit mit zumindest zwei Bildsystemen kann im Prinzip dem Aufbau
der distalen Enden 16 bzw. 104 der Endoskope 12 bzw. 100 in
ebenso miniaturisierter Ausführung entsprechen.
Claims (11)
1. Endoskopische Visualisierungsvorrichtung, mit einem ersten
Bildsystem (30; 106) und mit zumindest einem zweiten Bild
system (32; 108), wobei von dem ersten Bildsystem (30;
106) ein erstes Bildfeld (44; 110) und von dem zweiten
Bildsystem (32; 108) ein zweites Bildfeld (46; 116) erfaßt
wird, und wobei die Bildsysteme (30, 32; 106, 108) in ei
nem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekenn
zeichnet, daß das erste Bildsystem (30; 106) und das zwei
te Bildsystem (32; 108) hinsichtlich zumindest einer opti
schen Kenngröße signifikant unterschiedlich sind, und daß
das erste Bildfeld (44; 110) und das zumindest zweite
Bildfeld (46; 116) sich nur teilweise überlappen.
2. Visualisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß sich das erste Bildsystem (30) von dem
zumindest einen zweiten Bildsystem (32) hinsichtlich der
Blickrichtung (62, 64) unterscheidet.
3. Visualisierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sich das erste Bildsystem (106) von
dem zumindest einen zweiten Bildsystem (116) hinsichtlich
des Öffnungswinkels (130, 132) unterscheidet.
4. Visualisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bildsystem (30;
106) ein erstes Objektiv (34; 122) und das zumindest zwei
te Bildsystem (32; 108) ein zweites Objektiv (36; 126)
aufweist, und daß sich das erste Objektiv (34; 122) von
dem zweiten Objektiv (36; 126) hinsichtlich der zumindest
einen optischen Kenngröße signifikant unterscheidet.
5. Visualisierungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß dem ersten Objektiv (34; 122) ein erster
elektronischer Bildaufnehmer (66; 124) und dem zweiten Ob
jektiv (36; 126) ein zweiter elektronischer Bildaufnehmer
(68; 128) zugeordnet ist.
6. Visualisierungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß für den zweiten und ggf. jeden weiteren
Bildaufnehmer (68; 128) nur jeweils eine zusätzliche
Signalleitung zur Videobildübertragung von distal nach
proximal führt, während die Signale zum Auslesen und zur
Spannungsversorgung der Bildaufnehmer (66, 68; 124, 126)
für alle Bildaufnehmer (66, 68; 124, 126) gemeinsam ge
nutzt werden.
7. Visualisierungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Bildaufnehmer (66; 124)
und/oder der zweite Bildaufnehmer (68; 128) um eine Achse
quer zur Bildaufnahmefläche drehbar ist.
8. Visualisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß den Bildsystemen (30, 32;
106, 108) zumindest ein Beleuchtungssystem zugeordnet ist,
das Licht so abstrahlt, daß jedes Bildfeld (44, 46; 110,
116) ausgeleuchtet ist.
9. Visualisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
8, gekennzeichnet durch eine Positioniereinrichtung zum
automatischen Nachführen der Visualisierungsvorrichtung in
Abhängigkeit von einer Position eines Arbeitsinstruments
(148), wobei die Positioniereinrichtung so wirkt, daß das
Arbeitsinstrument (148) stets in dem einen der Bildfelder
(110, 116) erscheint.
10. Visualisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Form eines Endoskops
(12; 100) ausgebildet ist, wobei die zumindest zwei Bild
systeme (30, 32; 106, 108) in einem distalen Ende eines
Schafts (14; 102) des Endoskops (12; 100) angeordnet sind.
11. Visualisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Form einer Videoka
meraeinheit, die die zumindest zwei Bildsysteme aufweist,
ausgebildet ist, die an einem Führungsschaft zum Führen
eines Arbeitsinstruments befestigt ist.
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