DE60132641T2

DE60132641T2 - Körperhohlraum-Beobachtungsgerät

Info

Publication number: DE60132641T2
Application number: DE60132641T
Authority: DE
Inventors: Takeyoshi Dohi; Ichiro Sakuma; Etsuko Kobayashi; Makoto Iwahara
Original assignee: University of Tokyo NUC
Current assignee: University of Tokyo NUC
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: DE60132641D1; US6626828B2; DE60117482T2; EP1481627B1; DE60117482D1; US20020022767A1; EP1166710A2; JP2002000550A; JP3345645B2; EP1166710A3; EP1166710B1; EP1481627A1; HK1040603A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen für die Beobachtung eines inneren Organs oder dergleichen in einem Körperhohlraum, umfassend ein Endoskop mit einem optischen Bildgebungssystem an dessen Vorderseite zum Fotografieren eines Endoskopiebilds.
Beschreibung des Stands der Technik
Im Allgemeinen wird bei Endoskopen, die zur Beobachtung von Körperhohlräumen verwendet werden, zwischen starren Endoskopen und Fibroskopen unterschieden. Um durch die Bewegung eines Endoskops ein anderes Bild zu erhalten, muss beim starren Endoskop das starre Endoskop selbst bewegt werden und beim Fibroskop das Fibroskop selbst bewegt oder gebogen werden.
In letzter Zeit wurden verschiedenste Endoskopmanipulatoren entwickelt, in denen Endoskope eingebaut sind. Der Endoskopmanipulator kann das Endoskop darin rasch bewegen und einen neuen Bildbereich wirksam erfassen. Da der Endoskopmanipulator das herkömmliche Endoskop jedoch nur aktiv ansteuert, kann die Arbeitseigenschaft durch eine Bewegung oder Biegung des Endoskops durch den Benutzer verschlechtert werden. Zudem kann es passieren, dass bei einer falschen Anwendung des Endoskops aufgrund einer falschen Dateneingabe die Vorderseite des Endoskops näher als notwendig an ein inneres Organ herangeführt wird.
Um die obgenannten Probleme zu lösen, offenbaren die nicht geprüften Patentanmeldungen Tokukai Hei 8-164148 ( JP-A 8-164148 ) und Tokukai Hei 10-290777 ( JP-A 10-290777 ) ein Verfahren zur Veränderung des erfassten Bildbereichs. In der zuerst genannten Veröffentlichungsschrift folgt ein Endoskop einem medizinischen In strument nach, um verschiedene Endoskopiebilddaten auf einem optischen Weitwinkelbild zu erhalten, die in einem Speicher aufgezeichnet werden. Danach werden die gewünschten Bilddaten von den gespeicherten Endoskopiebilddaten ausgewählt, um den Erfassungsbereich des Endoskops zu steuern. In der letzteren Veröffentlichungsschrift wird das gesamte oder eine Teil eines optischen Superweitwinkelbilds von einer an der Vorderseite eines Endoskops bereitgestellten Superweitwinkellinse angezeigt, um den Erfassungsbereich des Endoskops zu steuern.
Im zuerst erwähnten Fall werden die einzelnen Bilddaten sehr klein, da die aufgezeichneten Endoskopiebilddaten auf einem optischen Weitwinkelbild beruhen, wodurch sich die Auflösung verschlechtert und somit die Qualität des Endoskopiebilds abnimmt. Im zuletzt genannten Fall ist bei der Auswahl eines Teils des optischen Superweitwinkelbilds das ausgewählte optische Bild ebenfalls sehr klein, wodurch sich, wie oben erklärt, die Auflösung verschlechtert und somit die Qualität des Endoskopiebilds abnimmt. Da Superweitwinkellinsen an den Rändern verzerrtere Bilder als in der Mitte bereitstellen, kann nicht das gesamte optischen Superweitwinkelbild praktisch verwendet werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen, die unterschiedliche Endoskopiebilder von guter Qualität ohne Bewegung oder Biegung des Endoskops bereitstellen kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher eine Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen, umfassend ein Endoskop mit einem optischen Bildgebungssystem an dessen Vorderseite, ein Prisma, das an der Vorderseite des Bildgebungssystems beweglich angebracht ist, und einen Aktuator, der zum Ansteuern des Prismas bei einem gegebenen Befehlssignal dient, womit durch die Bewegung des Prismas ein unterschiedliches Endoskopbild erhalten wird.
Gemäß der Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen der vorliegenden Erfindung kann ein unterschiedliches Endoskopiebild einfach durch die Bewegung des Prismas erhalten werden, ohne das Endoskop mechanisch zu biegen. Folglich kann ein Endoskopiebild mit großem Erfassungsbetreich erhalten werden. Da nur ein bestimmter Bereich, auf den das Prisma gerichtet ist, beobachtet wird, kann ferner die Auflösung des so erhaltenen Endoskopiebilds verbessert werden. Außerdem sind beispielsweise bei chirurgischen Eingriffen die Arbeitseigenschaften und die Sicherheit, sich einem inneren Organ nicht näher als notwendig zu nähern, verbessert.
Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 definiert.
In einem Beispiel umfasst das Prisma ein erstes und ein zweites Keilprisma mit dem gleichen Vertikal-Winkel, die nahe aneinander bereitgestellt sind und deren benachbarte, entgegengesetzte Oberflächen orthogonal zur optischen Achse der Keilprismen sind, und der Aktuator umfasst eine erste und eine zweite äußere Röhre, die auf unabhängig voneinander bewegliche Weise am ersten und am zweiten Keilsprisma angebracht sind, und einen ersten und einen zweiten Motor zur Drehung des ersten bzw. des zweiten Keilprismas um die optische Achse. In diesem Fall kann das unterschiedliche Endoskopiebild durch die unabhängige Drehung der Keilprismen problemlos erhalten werden und somit auf einfache Weise ein Endoskopiebild mit großem Erfassungsbereich erhalten werden.
In einem anderen Beispiel umfasst das Prisma ein Keilprisma und der Aktuator umfasst eine beweglich am Umfang des Endoskops angebrachte äußere Röhre, eine Verbindungswelle zur Verbindung des Keilprismas mit der äußeren Röhre, einen ersten Motor, um das Keilprisma über die Verbindungswelle in Bezug auf die optische Achse zu neigen, und einen zweiten Motor, um das Keilprisma durch die Drehung der äußeren Röhre um die optische Achse zu drehen. In diesem Fall kann das unterschiedliche Endoskopiebild problemlos durch die Drehung und die Neigung des einen Keilprismas erhalten werden und somit auf einfache Weise ein Endoskopiebild mit großem Erfassungsbereich erhalten werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Prisma ein flüssiges Prisma und der Aktuator umfasst einen ersten und einen zweiten Verbindungsmechanismus, der die Neigungswinkel jeweils für zwei zur optischen Achse orthogonale Richtungen anpasst. Der erste und der zweite Verbindungsmechanismus umfasst Paare von Verbindungswellen, die aus planaren Abschnitten bestehen, welche mit dem Umfang des flüssigen Prismas und den orthogonalen Abschnitten verbunden sind, an die sich orthogonal verlaufende planare Abschnitte, Verbindungselemente zum Tragen der orthogonalen Abschnitte der Verbindungswellen und Motoren zum Drehen der Verbindungselemente anschließen. In diesem Fall können verschiedene Endoskopbilder problemlos durch die Rückwärts- und die Vorwärtsbewegung des flüssigen Prismas erhalten werden und somit kann ein Endoskopbild mit großem Erfassungsbereich auf einfache Weise erhalten werden.
Ferner ist erwünscht, dass die Verbindungselemente jeweils ihre erweiterten Löcher haben und die Verbindungswellen durch Gleiten der orthogonalen Abschnitte in die erweiterten Löcher durch die Drehung der Verbindungselemente durch die Motoren rückwärts und vorwärts bewegt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Positionsdetektionsmittel zur Detektion der Position des Prismas bereitgestellt. Ein Endoskopbild wird in dessen Farbaberration oder Verzerrung auf Basis der Prismapositionsinformationen aus dem Positionsdetektionsmittel kalibriert. Daher kann die Auflösung des Endoskopsbilds noch mehr erhöht werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen
1 eine schematische Ansicht zur Darstellung der Gesamtstruktur einer Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen gemäß eines Beispiels ist.
2(a)–2(c) erläuternde Ansichten des Biegungsprinzips einer optischen Achse unter Verwendung eines Keilprismas in der in 1 gezeigten Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen sind.
3 eine schematische Ansicht zur Darstellung der Gesamtstruktur einer weiteren Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen gemäß eines weiteren Beispiels ist, und
4 eine schematische Ansicht zur Darstellung der Gesamtstruktur einer noch weiteren Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Diese Erfindung wird im Detail und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht, die die Gesamtstruktur einer Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen zeigt. Die abgebildete Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen weist als Endoskop ein starres Endoskop 1 mit einem Durchmesser von etwa 10 mm an jenem Teil auf, der eingeführt werden soll, und einer Gesamtlänge von etwa 300 mm. Außerdem kann das Endoskop aus einem Fibroskop bestehen.
Eine CCD-Kamera 2 ist als Bildgebungsmittel bereitgestellt, rechts in 1. Wenn hier ein Zoom-Mechanismus hinzugefügt ist, so ist dieser zwischen dem starren Endoskop 1 und der CCD-Kamera 2 bereitgestellt. Außerdem ist ein (nicht dargestelltes) optisches Bildgebungssystem zum Fotografieren eines Endoskopiebilds an der Vorderseite des starren Endoskops 1 (links in 1) befestigt. Ein erstes und ein zweites Keilprisma 3 und 4, die ein Prismenmittel bilden, sind beweglich an der Vorderseite des optischen Bildgebungssystems angebracht. Die Keilprismen 3 und 4 weisen den gleichen Keil-Vertikalwinkel θw auf, wie in die 2(a) zu erkennen ist, und sind nah beieinander angeordnet, so dass ihre jeweils ersten Oberflächen 3a und 4a einander senkrecht zur optischen Achse X stehend gegenüberliegen, wie in 2(b) dargestellt ist.
Die Keilprismen 3, 4 und das starre Endoskop 1 sind mit einer ersten und einer zweiten Röhre 5 und 6 doppelt ummantelt, die unabhängig voneinander bewegbar sind. An den rechten Rändern der äußeren Röhren 5 und 6 sind Zahnräder (nicht dargestellt) angebracht, die in Zahnräder 7b und 8b, die mit den Vorderseiten der Drehwellen 7a und 8a eines ersten und eines zweiten Motors 7 und 8 verbunden werden, eingreifen. Drehkodierer 9 und 10 zur Detektion des Drehungsausmaßes des Motors (Zahl der Umdrehungen) des Motors sind mit den rechten Rändern der Motoren 7 und 8 verbunden. Die äußeren Röhren 5, 6 und die Motoren 7, 8 bilden einen Aktuator zur Ansteuerung der Keilprismen 3 und 4.
Eine Steuereinrichtung 11 zur Steuerung der Antriebsausmaße der Motoren 7 und 8 ist bereitgestellt. In die Steuereinrichtung 11 werden ein Befehlssignal von einer Bedienungsschnittstelle 12, die von einem Benutzer gesteuert wird, die von den Drehkodierern 9 und 10 detektierten Antriebsausmaße der Motoren 7 und 8 und das Endoskopiebild der CCD-Kamera 2 eingegeben. Die Steuereinrichtung 11 verfügt über ein Erfassungsbereichs-Steuerteil 13 zur Steuerung der Antriebsausmaße der Motoren 7 und 8 auf der Grundlage des Befehlssignals der Bedienungsschnittstelle 12 sowie über ein Prismenpositions-Detektionsmittel 14 zur Detektion der Bewegungspositionen der Keilprismen 3 und 4 auf der Grundlage der Antriebsausmaße der Motoren 7 und 8, die von den Drehkodierern 9 und 10 detektiert wurden.
Zudem weist die Steuereinrichtung 11 eine Kalibriertabelle 16 für die Farbaberration und Verzerrung sowie ein Bildbearbeitungsteil 15 zur Kalibrierung der Farbaberration und Verzerrung eines von der CCD-Kamera 2 detektierten Endoskopiebilds auf der Grundlage der Kalibriertabelle 16 auf. In diesem Fall kann ein Monitor 17 bereitgestellt sein, so dass das Endoskopiebild betrachtet werden kann.
Die Steuereinrichtung 11, die Bedienungsschnittstelle 12 und der Monitor 17 können beispielsweise aus einem Allzweckcomputer bestehen. In diesem Fall sind der Erfassungsbereichs-Steuerteil 13, das Prismenpositions-Detektionsmittel 14 und der Bildbearbeitungsteil 15 der Steuereinrichtung 11 gegebenenfalls aus einer bestimmten, im Computer installierten Software gebildet, und die Kalibriertabelle 16 der Steuereinrichtung 11 ist gegebenenfalls aus den in einem Speicher (RAM, ROM, Festplatte usw.) aufgezeichneten Daten aufgebaut. Weiters kann die Bedienungsschnittstelle 12 aus der Tastatur oder der Maus des Computers bestehen. Der Erfassungsbereichs-Steuerteil 13, das Primsenpositions-Detektionsmittel 14 und der Bildbearbeitungsteil 15 können auch aus anderen Vorrichtungen bestehen, und der Bildbearbeitungsteil 15 kann aus einem Hardwareteil, etwa einer Bildbearbeitungskarte, bestehen.
Der Erfassungsbereichs-Steuervorgang unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen wird nun nachstehend beschrieben.
Wird ein Befehlssignal zum Nachfolgen eines zu beobachtenden Objekts in den Erfassungsbereichs-Steuerteil 13 über die Bedienungsschnittstelle 12 eingegeben, so werden die Antriebsausmaße der Motoren 7 und 8 durch den Erfassungsbereichs-Steuerteil 13 bestimmt, um die Motoren 7 und 8 um diese bestimmten Antriebsausmaße anzutreiben. Dann werden die Keilprismen 3 und 4 durch die Motoren 7 und 8 über die Drehwellen 7a und 8a, die Zahnräder 7b und 8b und die äußeren Röhren 5 und 6 unabhängig voneinander in die durch die Pfeile A und B gekennzeichneten Richtungen gedreht. In Folge dessen werden die Prismen 3 und 4 von ihren Anfangspositionen aus zu ihren unterschiedlichen Positionen bewegt.
Angenommen ein Lichtstrahl wird entlang der optischen Achse X auf die erste Oberfläche 4a des Keilsprismas 4 einfallen gelassen, die senkrecht zur optischen Achse X steht, so kann die Beziehung zwischen dem vertikalen Keilwinkel θw des Keilprismas 4 und dem Lichtstrahl-Polarisationswinkel θd durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: θd = arcsin(nsinθw) – θw (1)
Hierin steht das Bezugszeichen n für den Brechungsindex des Keilprismas 4.
Somit kann durch das beweglich an der Vorderseite des starren Endoskops 1 angebrachte Keilprisma 4 ein Endoskopiebild in der Richtung θd betrachtet werden. Wird das Keilprisma 4 um die optische Achse X des starren Endoskops 1 gedreht, so kann ein Endoskopiebild innerhalb des Bereichs der Richtung θd rund um die optische Achse X beobachtet werden.
Werden die beiden benachbarten Keilprismen 3 und 4 unabhängig voneinander in die Richtungen der Pfeile A und B um die optische Achse gedreht, so kann der Lichtstrahl ferner in eine bestimmte Richtung innerhalb einer durch die Keilsprismen 3 und 4 definierten Konusform abgelenkt werden. Der maximale Ablenkungswinkel beläuft sich auf die Hälfte des Vertikal-Winkels der Konusform und ist annähernd als 2θd definiert, wenn die Vertikal-Winkel der Keilprismen 3 und 4 sehr klein sind. Somit kann der Lichtstrahl durch die Keilprismen 3 und 4 in einem Bereich von 4θd abgelenkt werden, wie in 2(b) dargestellt ist.
Folglich wird bei der obigen Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen gemäß der vorliegenden Erfindung, in der zwei Keilprismen 3 und 4 nahe beieinander bereitgestellt sind und unabhängig voneinander gedreht werden, der Ablenkungszustand des Lichtstrahls von der optischen Achse X auf Grundlage des Steuersignals der Bedienungsschnittstelle 12 gesteuert, und ein unterschiedliches Endoskopiebild kann innerhalb des Bereichs 4θd erhalten werden.
Bei der Beobachtung des unterschiedlichen Endoskopiebilds durch die Bewegung der Keilprismen 3 und 4 wird das betrachtete Endoskopiebild gegebenenfalls auf grund des Einfallswinkels des Lichtstrahls, des Winkels der Einfallsoberfläche der Keilprismen und des Abstands des Lichtstrahls von der optischen Achse X bis zu einem gewissen Grad verzerrt. Da die Brechungsindizes n der Keilprismen mit der Wellenlänge des Lichtstrahls verändert werden, weist das beobachtete Endoskopiebild eine Farbaberration auf. Der Grad der Verzerrung und der Farbaberration des Endoskopiebilds können durch Berechung oder Kalibrierung ermittelt werden, je nach Position der Keilprismen, wenn diese um die optische Achse X gedreht werden, und ist somit in diesem Beispiel in der Kalibriertabelle 16 der Steuereinrichtung 11 gespeichert.
Bei der obigen Steuereinrichtung 11 detektieren, wie oben erwähnt, die Drehkodierer 9 und 10 als Positionsdetektionsmittel die Antriebsausmaße der Motoren 7 und 8, und die Positionen der Keilprismen 3 und 4 zur Definierung des Endoskopiebilds werden ausgehend von den Antriebsausmaßen gemessen. Danach werden die Kalibrierungen für die Farbaberration und die Verzerrung des Endoskopiebilds, die in Bezug zu den Positionen der Keilprismen stehen, mithilfe der Kalibriertabelle 16 bestimmt. In der Folge wird das Endoskopiebild durch den Bildbearbeitungsteil 15 hinsichtlich seiner Farbaberration und Verzerrung kalibriert und am Monitor 17 angezeigt. Sind die Farbaberration und die Verzerrung sehr klein und vernachlässigbar, kann auf die Kalibrierung verzichtet werden.
Bei der obigen Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen werden die Keilprismen nur dann zu ihren entsprechenden Positionen gedreht, wenn ein bestimmtes Befehlssignal in die Bedienungsschnittstelle 12 eingegeben wird, und somit kann ein unterschiedliches Endoskopiebild durch die Bewegung der Keilprismen 3 und 4 erhalten werden. Bei einem operativen Eingriff können somit die Arbeitseigenschaften weiterentwickelt und verhindert werden, dass die Vorderseite des Endoskops näher als notwendig an ein inneres Organ herangeführt wird.
Da außerdem nur ein bestimmter Bereich, auf den die Keilprismen 3 und 4 ausgerichtet sind, beobachtet wird, kann die Auflösung des Endoskopiebild verbessert werden. Folglich kann die Qualität des Endoskopiebilds verbessert werden. Da das Endoskopiebild hinsichtlich seiner Farbaberration und Verzerrung mithilfe der Kalibriertabelle 16 kalibriert ist, kann die Qualität des Endoskopiebilds noch weiter verbessert werden.
3 ist eine schematische Ansicht, die die Gesamtstruktur einer weiteren Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen gemäß eines weiteren Beispiels zeigt. Im Unterschied zur Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen aus 1 weist die Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen nur ein Keilprisma auf. Deshalb ist der Aktuator so modifiziert, dass er für nur ein Keilprisma geeignet ist. Die anderen Teile sind jenen aus 1 ähnlich, weshalb sie mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Bei der in 3 dargestellten Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen ist das eine Keilprisma 4 an der Vorderseite des nicht dargestellten Bildgebungssystems angebracht, das an der linken Kante des starren Endoskops 1 bereitgestellt ist, so dass die rechte Oberfläche senkrecht zur optischen Achse steht. Der obengenannte Aktuator besteht aus einer äußeren Röhre 21, die beweglich am Umfang des starren Endoskops 1 bereitgestellt ist, einer Verbindungswelle 23 zur Verbindung des Keilprismas 4 und der äußeren Röhre 21 über eine Drehwelle 22, einer Rolle 24, die mit der Vorderseite der Drehwelle 22 verbunden ist, einem Riemen 25, der der Rolle 24 zugeordnet ist, einer Rolle 26, die an der äußeren Röhre 21 bereitgestellt ist, einem ersten Motor 28 mit einer Drehwelle 27, die mit der Rolle 26 verbunden ist, und einem zweiten Motor 31 mit einem über die Drehwelle 30 verbundenen Zahnrad 29.
Außerdem sind eine weitere Drehwelle 22, eine weitere Verbindungswelle 23 und eine weitere Rolle 24 an der Rückseite der Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen so bereitgestellt, dass sie der Drehwelle 22, der Verbindungswelle 23 und der Rolle 24, die an der Vorderseite selbiger bereitgestellt sind, gegenüberliegen. Das bedeutet, dass das Keilprisma 4 zwischen dem Paar aus Drehwellen 22, dem Paar aus Verbindungswellen 23 und dem Paar aus Rollen 24 angeordnet ist.
Nun wird der Erfassungsbereichs-Steuervorgang unter Verwendung der oben beschriebenen, in 3 dargestellten Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen beschrieben.
Wird ein Befehlssignal zum Nachfolgen eines zu beobachtenden Objekts in den Erfassungsbereichs-Steuerteil 13 über die Bedienungsschnittstelle 12 eingegeben, so werden die Antriebsausmaße der Motoren 28 und 31 durch den Erfassungsbereichs-Steuerteil 13 bestimmt, um die Motoren 28 und 31 um diese bestimmten Antriebsausmaße anzutreiben. Dann wird das Keilprisma 4 durch den Motor 31 über die Drehwelle 30, das Zahnrad 29, die äußere Röhre 21, die Verbindungswelle 23 und die Drehwelle 22 in die durch Pfeil C gekennzeichnete Richtung gedreht.
Gleichzeitig wird das Keilprisma 4 durch den durch den Motor 28 über die Drehwelle 27, die Rolle 26, den Riemen 25 und die Rolle 24 um einen bestimmten Winkel in die durch den Pfeil D gekennzeichnete Richtung um die Drehwelle 22 gedreht. Folglich wird das Prisma 4 von seiner Anfangsposition aus zu seiner unterschiedlichen Position bewegt.
Bei der in 3 dargestellten Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen wird das eine Keilprisma in die Richtung des Pfeils C gedreht und in die Richtung des Pfeils D geneigt, anstatt die Keilsprismen 3 und 4 so wie in 1 unabhängig voneinander zu drehen. Also kann in diesem Fall ein unterschiedliches Endoskopiebild durch die Bewegung des Keilprismas 4 erhalten werden. Bei einem operativen Eingriff können somit die Arbeitseigenschaften weiterentwickelt werden und verhindert werden, dass die Vorderseite des Endoskops näher als notwendig an ein inneres Organ herangeführt wird. Außerdem kann die Auflösung des Endoskopiebilds verbessert werden.
Auch in diesem Fall kann das Endoskopiebild hinsichtlich seiner Farbaberration und Verzerrung mithilfe der Kalibriertabelle 16 kalibriert werden.
4 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung der Gesamtstruktur einer Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Im Vergleich zur Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen von 3 wird ein flüssiges Prisma anstelle des Keilprismas verwendet und ein Aktuator zur Bewegung des flüssigen Prismas nach hinten und nach vorne entlang der optischen Achse X ist bereitgestellt. Die anderen Teile entsprechen denen von 3, so dass sie mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
In den Vorrichtungen zur Beobachtung von Körperhohlräumen von 4 ist das flüssige Prisma 41 an der Vorderseite des nicht abgebildeten optischen Bildgebungssystems angebracht, das an der linken Seite des starren Endoskops 1 bereitgestellt ist, so dass die rechte Oberfläche senkrecht zur optischen Achse X verläuft. Der Aktuator besteht aus einem ersten und einem zweiten Verbindungsmechanismus 42 und 43, welche die Neigungswinkel für die Y-Achse und die Z-Achse orthogonal zur X-Achse einstellen.
Die Verbindungsmechanismen 42 und 43 haben Paare an Verbindungswellen 44, die aus ebenen Abschnitten 44a, die mit dem Umfang des flüssigen Prismas 41 verbunden sind, orthogonalen Abschnitten 44b, die an die orthogonal verlaufenden planaren Abschnitte 44a anschließen, Verbindungselementen 45 zum Tragen der orthogonalen Abschnitte 44b der Verbindungswellen 44 und Motoren 46 zum Drehen der Verbindungselemente 45, um die Y-Achse bzw. die Z-Achse bestehen. Die Verbindungselemente 45 weisen jeweils Langlöcher 45a auf und die Verbindungswellen 44 werden durch Gleiten der orthogonalen Abschnitte 44b in den Langlöchern durch die Drehung der Verbindungselemente 45 durch die Motoren 46 nach vorne und nach hinten bewegt. Weiters sind Drehkodierer 47 zum Zählen der Zahl der Umdrehungen der Motoren 46 jeweils an den Motoren 46 angebracht.
Der Erfassungsbereichs-Steuervorgang unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen wird nun nachstehend beschrieben.
Wird ein Befehlssignal zum Nachfolgen eines zu beobachtenden Objekts in den Erfassungsbereichs-Steuerteil 13 über die Bedienungsschnittstelle 12 eingegeben, so werden die Antriebsausmaße der Motoren 46 durch den Erfassungsbereichs-Steuerteil 13 bestimmt, um die Motoren 46 um die vorbestimmten Antriebsausmaße anzutreiben. Dann werden die Verbindungsmechanismen 42 und 43 nach vorne und nach hinten entlang der X-Achse durch die Motoren 46 bewegt, um das flüssige Prisma 41 nach vorne und nach hinten in die durch die Pfeile E und F, die in 4 gezeigt sind, gekennzeichneten Richtungen zu bewegen. Daher wird die Vorderseitenoberfläche (linke Oberfläche) des flüssigen Prismas 41 in einem gegebenen Winkel geneigt. Folglich wird das flüssige Prisma 41 aus dessen Anfangsposition zu seiner unterschiedlichen Position ohne die mechanische Bewegung oder Biegung des starren Endoskops bewegt.
In der Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen von 4 wird das nur eine flüssige Prisma 41 in den Richtungen der Pfeile E und F nach vorne und nach hinten bewegt, anstatt das nur eine Keilprisma 4, wie in 3 erwähnt, in Richtung des Pfeils C um die optische Achse X zu drehen und in Richtung des Pfeils D zu neigen. Daher kann in diesem Fall ein unterschiedliches Endoskopbild aus der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des flüssigen Prismas 41 erhalten werden. Folglich kann bei chirurgischen Eingriffen die Arbeitseigenschaft entwickelt werden und die Vorderseite des Endoskops kann so ausgebildet werden, dass es sich einem inneren Organ nicht näher als notwenig annähert. Ferner kann die Auflösung des Endoskopbilds verbessert werden.
Auch in diesem Fall kann das Endoskopiebild hinsichtlich seiner Farbaberration und Verzerrung mithilfe der Kalibriertabelle 16 kalibriert werden.
Wie aus der Beschreibung hervorgeht, kann auf einfache Weise ein Endoskopiebild mit großem Erfassungsbereich erhalten und die Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen verkleinert werden, da ein unterschiedliches Endoskopiebild durch leichtes Ansteuern des beweglich an der Vorderseite des starren Endoskops als Endoskop befestigten Keilprismas problemlos erhalten werden kann. Außerdem kann durch die leichte Bewegung des Keilprismas verhindert werden, dass die Vorderseite des starren Endoskops näher als notwendig an ein inneres Organ herangeführt wird, selbst wenn ein Fehler des Aktuatorbetriebs vorliegt.
Ist ein Zoom-Mechanismus an der obigen Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen angebracht, so kann die Vergrößerung und Verkleinerung des Endoskopiebilds auch durch ein bestimmtes optisches System für den Zoom-Mechanismus, zusätzlich zum obgenannten optischen System, wie etwa dem starren Endoskop und dem Prisma, durchgeführt werden, um ein unterschiedliches Endoskopiebild und somit ein Endoskopiebild mit großem Erfassungsbereich zu erhalten. Da die Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen somit keine mechanische Biegung oder mechanische Bewegung erfordert, können die Arbeitseigenschaften oder die Sicherheit, sich nicht näher als notwendig einem inneren Organ zu nähern, bei chirurgischen Eingriffen verbessert werden.

Claims

Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen, umfassend ein Endoskop (1) mit einem optischen Bildgebungssystem an dessen Vorderkante, ein an der Vorderseite des optischen Bildgebungssystems beweglich angebrachtes Prisma und einen Aktuator, um auf ein gegebenes Befehlssignal hin das Prisma anzusteuern, wobei durch die Bewegung des Prismas ein unterschiedliches Endoskopiebild erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Prisma ein flüssiges Prisma (41) umfasst und der Aktuator einen ersten (42) und einen zweiten (43) Verbindungsmechanismus umfasst, die die Kippwinkel für zwei Richtungen (Y, Z) jeweils orthogonal zur optischen Achse einstellen, wobei der erste und der zweite Verbindungsmechanismus Paare von Verbindungswellen (44), die aus ebenen Abschnitten (44a), welche mit dem Umfang des flüssigen Prismas verbunden sind, und orthogonalen Abschnitten (44b), die orthogonal auf die ebenen Abschnitte stehen, zusammengesetzt sind, Verbindungselemente (45) zum Halten der orthogonalen Abschnitte der Verbindungswellen und Motoren (46) zum Drehen der Verbindungselemente umfassen, wobei das unterschiedliche Endoskopbild durch die Rück- und Vorwärtsbewegung des flüssigen Prismas erhalten wird.
Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen nach Anspruch 1, wobei die Verbindungselemente jeweils Langlöcher (45a) aufweisen und die Verbindungswellen durch Gleiten der orthogonalen Abschnitte in den Langlöchern über die Drehung der Verbindungselemente durch die Motoren rück- und vorwärtsbewegt werden.
Vorrichtung zur Beobachtung von Körperhohlräumen nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend ein Positionsdetektionsmittel (14) zur Detektion der Position des Prismas, wobei ein Endoskopiebild auf der Grundlage der Prismenpositionsinformation hinsichtlich seiner Farbaberration oder Verzerrung kalibriert wird.