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Die
Erfindung betrifft eine endoskopische Visualisierungsvorrichtung,
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 Gehäuse
angeordnet sind, wobei das erste Bildsystem und das zweite Bildsystem
hinsichtlich zumindest einer optischen Kenngröße unterschiedlich sind, und
wobei das erste Bildfeld und das zumindest zweite Bildfeld sich
nur teilweise überlappen,
wobei ferner das erste Bildsystem einen ersten elektronischen Bildaufnehmer
und das zumindest zweite Bildsystem einen zweiten elektronischen
Bildaufnehmer aufweist.
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Eine
derartige endoskopische Visualisierungsvorrichtung ist aus der WO
95126674 A1 bekannt.
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Eine
endoskopische Visualisierungsvorrichtung der eingangs genannten
Art wird beispielsweise zu medizinischen Zwecken bei der sog. minimal-invasiven
Chirurgie als Beobachtungssystem verwendet. Bei Standard-Operationen
wie beispielsweise der laparoskopischen 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 Arbeitsinstrumente, 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.
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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 anderen 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 verschiedener
Endoskope stellen zusätzliche
Manipulationen und damit einen zusätzlichen Aufwand dar, so daß sich die Operations zeiten
verlängern
und sich die Kosten von Operationen aufgrund zusätzlicher Visualisierungsvorrichtungen
erhöhen.
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Im
Stand der Technik sind jedoch Anordnungen bekannt, die eine Mehrfachdarstellung
des Operationsbereichs und damit eine Abhilfe hinsichtlich der vorstehend
genannten Nachteile anbieten.
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Aus
der eingangs genannten WO 95/26674 A1 ist ein "multivisuelles" Endoskop der eingangs genannten Art
beschrieben, das Bilder von einer Mehrzahl unterschiedlicher Gesichtsfelder,
die das distale Ende des Endoskops umgeben, liefert, ohne daß das Endoskop
von einer ursprünglich
eingestellten Lage wegbewegt werden muß, um die unterschiedlichen Gesichtsfelder
zu erhalten. Diese bekannte Visualisierungsvorrichtung weist ein
erstes und zumindest ein zweites Bildsystem auf, die jeweils entsprechende
Bildfelder erfassen. Die Bildsysteme sind in verschiedene Blickrichtungen
gerichtet, wobei sich die Bildfelder der Bildsysteme teilweise überlappen.
Die Bildsysteme der bekannten Visualisierungsvorrichtung weisen
elektronische Bildaufnehmer auf, die nebeneinander angeordnet sind
und deren Signalleitungen zur Videobildübertragung von distal nach
proximal zu einem Multiplexer geführt sind, der im Schaft des
Endoskops angeordnet ist. Hierdurch wird zwar erreicht, daß die Ausgangssignale
der einzelnen elektronischen Bildaufnehmer durch den Endoskopschaft
mittels einer verminderten Anzahl von Signalleitungen übertragen
werden können,
jedoch werden dennoch für
jeden Bildaufnehmer separate Signalleitungen zur Spannungsversorgung
bzw. zum Auslesen der Bildaufnehmer benötigt. Darüber hinaus benötigt auch
der Multiplexer eine eigene Signalleitung.
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Aus
der
DE 38 06 190 A1 ist
eine elektronische Endoskopeinrichtung bekannt, die ein längliches
Einführteil
umfaßt,
sowie zwei bildformende optische Systeme in Form von zwei Objektiven
am distalen Ende des Einführteils
und eine Abbildungsvorrichtung in Form eines elektronischen Bildaufnehmers,
der den beiden Objektiven zugeordnet ist. Mit dieser bekannten endoskopischen
Visualisierungsvorrichtung ist es möglich, einen Stereoblick zu
gewinnen. Diese endoskopische Visualisierungsvorrichtung umfaßt somit
zwei Bildsysteme, die jeweils ein Bildfeld erfassen. Die durch die
beiden Bildsysteme erfaßten
Bildfelder sind jedoch im wesentlichen identisch und überlappen
sich im wesentlichen vollständig.
Die beiden Objektive der beiden Bildsysteme und damit diese selbst
sind zu diesem 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 erfassen, um einen räumlichen Eindruck von diesem
Bildfeld zu erhalten.
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Eine
damit vergleichbare endoskopische Visualisierungsvorrichtung ist
aus der
DE 42 41 938
A1 bekannt, die ein Endoskop mit Stereo-Seitblickoptik beschreibt.
Auch bei diesem bekannten Visualisierungssystem überlappen sich die Bildfelder
der beiden Bildsysteme nahezu vollständig und unterscheiden sich
die Bildsysteme hinsichtlich ihrer Abbildungseigenschaften nicht,
um eben ein Stereobild bzw. einen räumlichen Eindruck von einem
beobachteten Objekt zu vermitteln. Außer dieser stereoskopischen
Information ist es bei den beiden zuvor genannten bekannten Visualisierungsvorrichtungen nicht
möglich,
weitere Bildinformationen über
das Operationsgebiet zu erhalten. Die Bild syteme weisen zwei elektronische
Bildaufnehmer auf, die auf einer gemeinsamen Platine befestigt sind.
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Ferner
ist aus der
US 5,166,787
A 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 verschwenkt
werden, in der die beiden Bildsysteme zwei Bildfelder erfassen,
die sich wiederum nahezu vollständig überlappen.
Gemäß einer
weiteren Alternative sind zwei Bildsysteme in dem Endoskop vorhanden,
deren Blickrichtung sich um 180° unterscheidet,
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
Bildinformationen erhalten werden. Davon abgesehen sind bei diesem
Endoskop die bereits zuvor genannten unerwünschten Manipulationen erforderlich,
um die beiden Bildsysteme in die entsprechende aktive Position zu
bewegen. Für
die elektronischen Bildaufnehmer sind jeweils separate Signalleitungen
für die
Auslesung und Spannungsversorgung erforderlich, was jedoch hinsichtlich
der im Schaft eines Endoskops zur Verfügung stehenden Raumes nachteilig
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine endoskopische Visualisierungsvorrichtung
der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß der Verkabelungsaufwand
für die
Bildaufnehmer der Bildsysteme und der erforderliche Platzbedarf
hierfür
möglichst
gering gehalten wird.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe hinsichtlich der eingangs genannten endoskopischen Visualisierungsvorrichtung
dadurch gelöst,
daß für den zweiten
Bildaufnehmer nur eine zusätzliche
Signalleitung zur Videobildübertragung
von distal nach proximal führt,
während
die Zuleitung für
die Signale zum Auslesen und die Zuleitung zur Spannungsver- sorgung
der Bildaufnehmer von den Bildaufnehmern gemeinsam genutzt wird,
wobei jeder Bildaufnehmer mit eigenen Anschlußpads versehen ist, und wobei die
Anschlußpads
der benachbarten Bildaufnehmer spiegelbildlich belegt und die einander
zugewandten Anschlußpads
miteinander kontaktiert sind.
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Die
erfindungsgemäße endoskopische
Visualisierungsvorrichtung unterscheidet sich von den rein stereoskopischen
Visualisierungssystemen dadurch, daß sich das erste Bildfeld und
das zumindest 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 erfindungsgemäße 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 stereoskopische Bildinformation, sondern darüber hinaus weitere Bildinformation
erhalten werden, beispielsweise dann, wenn sich die beiden 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 größerer Bildbereich erfaßt, wodurch ebenfalls
weitere zusätzliche
Bildinformation erhalten werden kann. Mit der erfindungsgemäßen endoskopischen
Visualisierungsvorrichtung wird mit anderen Worten ein "multivisuelles" Visualisierungssystem geschaffen,
das die Gewinnung zusätzlicher
Bildinformationen ohne zusätzliche
Manipulationen durch das Assistenzpersonal und ohne erhöhten instrumentellen
Aufwand ermöglicht.
Während
bei stereoendoskopischen Systemen allenfalls ein auf Toleranzen
beruhender Unterschied der optischen Kenngrößen der beiden Bildsysteme
auftreten kann, sollen sich die Bildsysteme der erfindungsgemäßen Visualisierungsvorrichtung
signifikant voneinander hinsichtlich zumindest einer optischen Kenngröße unterscheiden.
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Das
erste Bildsystem weist einen ersten elektronischen Bildaufnehmer
und das zumindest zweite Bildsystem einen zweiten elektronischen
Bildaufnehmer auf, was den Vorteil hat, daß die gesamte Visualisierungsvorrichtung
sehr schmal bauend ausgestaltet werden kann, was für medizinische
Anwendungen stets gefordert wird. Es sind derzeit bereits miniaturisierte
elektronische Bildaufnehmer mit maximalen Durchmessern unter 3 mm
verfügbar,
die den Einsatz mehrerer solcher Systeme in einem Endoskop ermöglichen.
Erfindungsgemäß ist weiterhin
vorgesehen, daß für den zweiten
und gegebenenfalls für jeden
weiteren Bildaufnehmer nur jeweils eine zusätzliche Signalleitung zur Videobildübertragung
von distal nach proximal führt,
während
die Zuleitung für die
Signale zum Auslesen und die Zuleitung zur Spannungsversorgung der
Bildaufnehmer für
alle Bildaufnehmer gemeinsam genutzt werden. Jeder Bildaufnehmer
ist mit eigenen Anschlußpads
versehen, wobei Anschlußpads
benachbarter Bildaufnehmer spiegelbildlich belegt und benachbarte
Anschlußpads
benachbarter Bildaufnehmer miteinander kontaktiert sind. Bei einer
solchen Schaltung der elektronischen Bildaufnehmer ist es möglich, mit
nur einer Ansteuerschaltung und der gleichen Anzahl von Zuleitungen
für die
Spannungsversorgung zum Auslesen und für die Taktsignale der Bildaufnehmer auszukommen
wie für
einen einzelnen elektronischen Bildaufnehmer, wobei dann nur jeweils
ein zusätzliches
Kabel pro Bildaufnehmer als Signalleitung für das Video-Output-Signal erforderlich
ist.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung unterscheidet sich das erste Bildsystem
von dem zumindest zweiten Bildsystem hinsichtlich der Blickrichtung.
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Bei
dieser Ausgestaltung besteht der Vorteil darin, daß gegenüber 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 unterschiedlich 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 Schnittpunkt im Gesamtbildfeld besitzen, d.h. divergieren,
mit der Maßgabe,
daß sich die
Bildfelder teilweise überlappen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung unterscheidet sich das
erste Bildsystem von dem zumindest zweiten Bildsystem hinsichtlich
des Öffnungswinkels.
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Durch
diese Ausgestaltung werden vorteilhafterweise zwei Bildsysteme mit
unterschiedlichen Abbildungseigenschaften miteinander in ein und
derselben Visualisierungsvorrichtung kombiniert, wobei sich die
Abbildungseigenschaften in einer unterschiedlichen 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 Bildfelder 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 Abstandsmessung
zwischen der Visualisierungsvorrichtung und einem Objekt, beispielsweise
Gewebe im menschlichen Körper,
nutzen.
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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 hinsichtlich
der Blickrichtung unterscheidet. Der Informationsgewinn des erhaltenen
Bildes wird somit noch weiter erhöht. Darüber hinaus versteht es sich,
daß nicht
nur zwei unterschiedliche 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.
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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 hinsichtlich der zumindest
einen optischen Kenngröße.
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Um
eine Bildaufrichtung des beobachteten Bilds zu ermöglichen,
ist der erste Bildaufnehmer und/oder der zweite Bildaufnehmer bevorzugt
um eine Achse senkrecht zur Bildaufnahmefläche drehbar.
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Eine
Bildaufrichtung kann jedoch auch über eine entsprechende Datenverarbeitung
in der Bildverarbeitungseinheit, der die Videooutput-Signale zugespeist
werden, realisiert werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist den Bildsystemen zumindest
ein Beleuchtungssystem zugeordnet, das Licht so abstrahlt, daß jedes Bildfeld
ausgeleuchtet ist.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, daß alle von
den Bildsystemen erfaßten
Bildfelder entsprechend der zuvor genannten Ausgestaltungen ausreichend
ausgeleuchtet sind und gewährleistet
ist, daß alle
zusätzlich
gewonnenen Bildinformationen verwertet werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine Positioniereinrichtung
zum automatischen Nachführen
der Visualisierungsvorrichtung in Abhängigkeit von einer Position
eines Arbeitsinstruments vorgesehen, wobei die Positioniereinrichtung
so wirkt, daß das
Arbeitsinstrument stets in dem einen der Bildfelder erscheint.
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Besonders
vorteilhaft ist diese Ausgestaltung im Zusammenhang mit der oben
genannten Ausgestaltung, wonach sich die zumindest zwei Bildsysteme
hinsichtlich ihres Öffnungswinkels
unterscheiden. Die Positioniereinrichtung kann beispielsweise so
ausgebildet sein, daß eine
Nachführung
der Visualisierungsvorrichtung dann erfolgt, wenn sich das Arbeitsinstrument
aus dem ge zoomten Bild des einen Bildsystems mit kleinerem Öffnungswinkel
heraus in das Übersichtsbild
des Bildsystems mit größerem Öffnungswinkel
bewegt, so daß das
Arbeitsinstrument stets in dem Bildfeld des Bildsystems kleineren Öffnungswinkels
erscheint.
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Das
Bild größeren Öffnungswinkels
kann dem Chirurgen als Übersichtsbild
zur besseren Orientierung im Operationsraum dienen, während das Bildfeld
kleineren Öffnungswinkels
und damit vergrößertem Bild
eine höher
auflösende
Beobachtung der Spitze des Arbeitsinstruments und des in deren Nähe befindlichen
Gewebes ermöglicht.
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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 elektronischen
Bildaufnehmern kann der Schaft vorteilhafterweise sehr schmalbauend
ausgebildet werden.
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Alternativ
hierzu ist es ebenso bevorzugt, wenn die endoskopische Visualisierungsvorrichtung in
Form einer Videokameraeinheit, die die zumindest zwei Bildsysteme
gemäß einer
oder mehreren der zuvor genannten Ausgestaltungen aufweist, ausgebildet
ist, die an einem Führungsschaft
zum Führen eines
Arbeitsinstruments befestigt ist.
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Durch
diese Ausgestaltung läßt sich
die Anzahl von in der Körperoberfläche zu schaffenden
Inzisionen bei einer minimalinvasiven Operation verringern, wenn
die endoskopische Visualisierungsvorrichtung, an dem Führungsschaft
befestigt ist, durch den das Arbeitsinstrument in das Operationsgebiet eingeführt ist.
Auch kann hierdurch eine sehr einfache, insbesondere mechanisch
wirkende Positioniereinrichtung zum Nachführen der Visualisierungsvorrichtung
in Abhängigkeit
von der Position des Arbeitsinstruments realisiert werden.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der
beigefügten
Zeichnung.
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Es
versteht sich, daß die
vorstehend genannten und die nachstehend 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.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug
auf diese hier noch näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
endoskopische Visualisierungsvorrichtung in einer Gesamtdarstellung
und ihre Verbindung mit Peripheriegeräten;
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2 einen
Längsschnitt
durch das distale Ende der endoskopischen Visualisierungsvorrichtung
in 1 in einem gegenüber 1 vergrößerten Maßstab;
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3 eine
Vorderansicht des distalen Endes der endoskopischen Visualisierungsvorrichtung
in 2;
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4 einen
Längsschnitt
durch ein distales Ende einer endoskopischen Visualisierungsvorrichtung
in einem gegenüber 2 und 3 abgewandelten
Ausführungsbeispiel;
und
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5 einen
Schnitt entlang der Linie V-V in 4.
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In 1 ist
eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene endoskopische
Visualisierungsvorrichtung dargestellt. Die endoskopische Visualisierungsvorrichtung 10 ist
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
in Form eines Endoskops 12 ausgebildet.
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Die
endoskopische Visualisierungsvorrichtung 10 in Form des
Endoskops 12 wird im Rahmen der minimal-invasiven Chirurgie
verwendet.
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Das
Endoskop 12 weist einen langerstreckten Schaft auf, dessen
distaler Endabschnitt bzw. distales Ende mit dem Bezugszeichen 16 versehen
ist.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Schaft 14 insgesamt starr ausgebildet, jedoch läßt sich
die vorliegende Erfindung genauso gut bei einem flexiblen Endoskop
mit einem entsprechend flexiblen Schaft einsetzen.
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Das
Endoskop 12 ist ferner als Video-Endoskop ausgebildet und
weist daher am proximalen Ende des Schafts 14 kein Okular,
sondern ein Handstück 18 auf.
Von dem Handstück 18 führt ein
Kabel 20 zur elektrischen Signalübertragung zu einer Bildverarbeitungseinheit 22,
die wiederum mit einem Monitor 24 zur Dar stellung endoskopischer
Bilder, die von dem Endoskop 12 geliefert werden, verbunden ist.
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Des
weiteren ist eine Lichtquelle 26 vorgesehen, die Licht
erzeugt, 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.
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In 2 und 3 ist
der distale Abschnitt 16 des Schafts 14 des Endoskops 12 im
vergrößerten Maßstab mit
weiteren Einzelheiten dargestellt.
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In
dem Schaft 14 ist ein erstes Bildsystem 30 und
parallel dazu ein zweites Bildsystem 32 angeordnet.
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Das
erste Bildsystem 30 weist ein erstes Objektiv 34 auf,
während
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.
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Die
symbolische Darstellung der Objektive 34 und 36 soll
hier veranschaulichen, daß die
beiden Objektive 36 und 38 unterschiedliche optische
Kenngrößen aufweisen.
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Die
optischen Kenngrößen eines
endoskopischen Visualisierungssystems 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.
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Ein
von dem ersten Bildsystem 30 erfaßtes Bildfeld ist mit dem Bezugszeichen 44 versehen, während ein
von dem zweiten Bildsystem 32 erfaßtes Bildfeld mit dem Bezugszeichen 46 versehen
ist. Die Begrenzung des ersten Bildfeldes 44 ist mit strichpunktierten
Linien 48 und 50 veranschaulicht, während die
Begrenzung des zweiten Bildfelds 46 durch unterbrochene
Linien 52 und 54 veranschaulicht ist.
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Das
erste Bildsystem 30 und das zweite Bildsystem 32,
d.h. genauer 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 überlappen,
wobei ein entsprechender Überlappungsbereich
mit dem Bezugszeichen 56 versehen ist (schraffiert in 2).
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Ein Öffnungswinkel
des ersten Bildsystems 30 ist mit dem Bezugszeichen 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.
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In
dem in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
des Endoskops 12 in 1 unterscheiden
sich das erste Bildsystem 30 und das zweite Bildsystem 32 hinsichtlich
der Blickrichtungen 62 und 64. Das erste Bildsystem 30 weist
eine Blick richtung 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 diesem Ausführungsbeispiel.
Die Öffnungswinkel 58 und 60 unterscheiden
sich in dem in 2 und 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel
hingegen nicht. Außer den
zuvor genannten Blickrichtungen 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 Blickrichtungen signifikant unterschiedlich sind.
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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
Bildinformation 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 2 begrenzt
ist, ist jedoch gegenüber
einem herkömmlichen
Stereo-Endoskop, bei dem sich beide Bildfelder vollständig überlagern,
wesentlich vergrößert.
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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 Objektiven 34 und 36, d.h. die distalseitige
Anordnung der Bildaufnehmer 66 und 68 hat den
Vorteil, daß optische Übertragungssysteme
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
möglich,
die Bildaufnehmer 66 und 68 am proximalen Ende
des Endoskops, beispielsweise im Handstück 18, anzuordnen
und ausgehend von den Objektiven 34 bzw. 36 eine
Lichtübertragung
durch Lichtleiter und dgl. zu den Bildaufnehmern vorzusehen.
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Die
Bildaufnehmer 66 und 68 sind in Verbindung mit
einem Tape Automated Bonding (TAB)-Package ausgeführt, bei
denen die Anschlußpads 70 und 72 des
ersten Bildaufnehmers 66 und die Anschlußpads 74 und 76 des
zweiten Bildaufnehmers 68 spiegelbildlich zueinander belegt
sind. Die Pads 72 und 74 können somit direkt miteinander
kontaktiert werden, wie in 2 dargestellt
ist. Dadurch kann die Ansteuerung der beiden Bildaufnehmer 66 und 68 über eine
gemeinsame Zuleitung erfolgen, während
lediglich die Videooutput-Signale getrennt verlaufen und entsprechend
an den Pads 70 und 76 abgegriffen werden. Entsprechende
elektrische Leitungen sind mit dem Bezugszeichen 78 und 80 versehen.
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Zumindest
einer der Bildaufnehmer 66 und 68 ist um eine
parallel zur Längsmittelachse
des Schafts 14 verlaufenden Achse, die quer zur frontalen
Bildaufnahmefläche
des entsprechenden Bildaufnehmers 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 Bildverarbeitungseinheit 22 erfolgen.
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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. Jedem der Bildsysteme 30 und 32 ist ein
entsprechendes Beleuchtungssystem zugeordnet, wobei das Beleuchtungssystem
einen ersten 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 Beleuchtungssystem 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.
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Anstelle
von einem oder mehreren Lichtleitern wie in 3 können an
entsprechender Stelle auch Lichtquellen wie Leuchtdioden angeordnet
sein, die entsprechend über
eine elektrische Zuleitung von proximal gespeist werden.
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In 4 und 5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer endoskopischen Visualisierungsvorrichtung dargestellt, wobei
diese endoskopische Visualisierungsvorrichtung wiederum in Form
eines Endoskops 100 vergleichbar dem Endoskop 12 ausgebildet
ist. Das Endoskop 100 weist einen Schaft 102 auf,
in dessen distalem Abschnitt 104 ein erstes Bildsystem 106 und
ein zweites Bildsystem 108 angeordnet sind.
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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, dessen Begrenzung
durch Linien 118 bzw. 120 veranschaulicht ist.
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Das
erste Bildsystem 106 weist ein erstes Objektiv 122 und
einen ersten elektronischen Bildaufnehmer 124, und das
zweite Bildsystem 108 weist ein zweites Objektiv 126 und
einen zweiten Bildaufnehmer 128 auf.
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Das
erste Bildsystem 106 und das zweite Bildsystem 108 unterscheiden
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.
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Die
entsprechenden von dem Bildsystem 106 und 108 erfaßten Bildfelder 110 und 116 überlappen
sich wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel
nur teilweise. Ein entsprechender Überlappungsbereich ist in 4 schraffiert
dargestellt und mit dem Bezugszeichen 134 versehen.
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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 Überlappungsbereich 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.
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Bei
dieser Ausgestaltung ist es somit mit nur dem einen Endoskop 100 möglich, von
ein und demselben Objekt einerseits ein Übersichtsbild (Totale), andererseits
ein vergrößertes Bild
zu erhalten. Darüber
hinaus ergeben sich im Überlappungsbereich 134 der
Bildfelder 110 und 116 quasi-stereoskopische Effekte,
die eine räumliche
exakte Geometrieerfassung des beobachteten Objekts und auch eine Abstandsmessung
zwischen dem distalen Ende 104 des Endoskops 100 und
dem Objekt zu erhalten.
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Der Öffnungswinkel 130 des
ersten Bildsystems 106 beträgt beispielsweise 75°, und der
zweite Öffnungswinkel 132 des
zweiten Bildsystems 108 beispielsweise 40°.
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Während die
Objektive 122 und 126 in 4 eine Blickrichtung
von etwa 0° zur
Längsachse
des Schafts 102 aufweisen, wie mit Pfeilen 136 und 138 angedeutet
ist, können
jedoch auch entsprechende Objektive mit dem gleichen Öffnungswinkel,
jedoch unterschiedlichen Blickrichtungen, vorgesehen werden.
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Es
versteht sich, daß das
Ausführungsbeispiel
gemäß 4 mit
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 kombiniert
werden kann, d.h. es können zwei
oder mehr Bildsysteme mit sowohl unterschiedlichen Öffnungswinkeln
als auch unterschiedlichen Blickrichtungen in ein und derselben
Visualisierungsvorrichtung miteinander kombiniert werden.
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Gemäß 5 ist
den Bildsystemen 106 und 108 wiederum zumindest
ein Beleuchtungssystem in Form von Lichtleitern 140 bis 146 zugeordnet,
das eine entsprechende Ausleuchtung der Bildfelder 110 und 116 gewährleistet.
Um dem größeren Öffnungswinkel 130 des
Bildsystems 106 entsprechend eine ausreichende Ausleuchtung
des Bildfelds 110 zu gewährleisten, sind den Licht leitern 140 und 142 beispielsweise
entsprechende Aufweitungsoptiken zugeordnet.
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In 4 ist
des weiteren ein Arbeitsinstrument 148 dargestellt, dessen
distale Spitze 150 gleichzeitig im Bildfeld 116 des
zweiten Bildsystems 108 und gleichzeitig im ersten Bildfeld 110 des
ersten Bildsystems 106, mit anderen Worten im Überlappungsbereich 134 beider
Bildfelder 110 und 116 liegt.
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Es
ist eine nicht dargestellte Positioniereinrichtung zum automatischen
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 Arbeitsinstruments 148 derart
nachführt, daß die Spitze 150 des
Arbeitsinstruments 148 stets in dem zweiten Bildfeld 116 erscheint,
in dem die Spitze 150 des Arbeitsinstruments 148 vergrößert abgebildet
wird.
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Bewegt
sich bei einer Manipulation des Arbeitsinstruments 148 bei
einem chirurgischen Eingriff derart, daß die Spitze 150 außerhalb
des Bildfelds 116 zu liegen kommt, beispielsweise an einer
mit dem Bezugszeichen 152 versehenen Stelle, wird die Positioniereinrichtung
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 Po sitioniereinrichtung kann entsprechend durch
die Bildverarbeitungseinheit gesteuert werden.
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Ferner
ist in 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 4 dargestellt.
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Wie
bereits erwähnt,
lassen sich die Ausführungsbeispiele
der 2 und 3 und 4 sowie 5 miteinander
kombinieren. Des weiteren können
auch mehr als zwei Bildsysteme in einer endoskopischen Visualisierungsvorrichtung
integriert sein, wodurch der gewonnene Informationsgehalt der endoskopischen
Bilder noch weiter erhöht
werden kann.
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Während in
den Ausführungsbeispielen
die endoskopische Visualisierungsvorrichtung 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 Führen eines
Arbeitsinstruments, wie demjenigen des Arbeitsinstruments 148 in 4,
befestigt ist. Auf diese Weise kann eine mechanische Kopplung zwischen
der endoskopischen Visualisierungsvorrichtung und dem Arbeitsinstrument
erreicht werden, die eine einfache Art der automatischen Nachführung der
endoskopischen Visualisierungsvorrichtung in Abhängigkeit der Position des Arbeitsinstruments
ermöglicht.
Eine solche Videokameraeinheit 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.