DE4241938B4

DE4241938B4 - Endoscope especially with stereo side-view optics

Info

Publication number: DE4241938B4
Application number: DE19924241938
Authority: DE
Inventors: Klaus M. Dr.-Ing. Irion
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2012-12-12
Also published as: WO1994013190A1; DE4241938A1

Abstract

Endoskop mit einem Endoskopschaft, an dessen distalem Ende ein Festkörper-Bildaufnahmesystem angeordnet ist, das wie bei einer Seitblickoptik ausgebildet ist und das wenigstens zwei Bildaufnehmer zur Stereobeobachtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Endoskopschaft im distalen Bereich derart abwinkelbar ist, dass die Blickrichtung des Festkörper-Bildaufnahmesystems oder zumindest eines Bildaufnehmers näherungsweise parallel zur Achse des proximalen Teils des Endoskopschaftes ist und,
dass der Endoskopschaft im distalen Bereich derart bewegbar ist, dass der Mittelpunkt der Stereobasis auf die Achse des proximalen Teils des Endoskopschafts fällt und,
dass die Bildaufnehmer im distalen Bereich des Endoskops axial zur Längsachse des distalen abwinkelbaren Bereichs hintereinander angeordnet sind.Endoscope with an endoscope shaft, at the distal end of which a solid-state image recording system is arranged, which is designed like a side view optic and which has at least two image recorders for stereo observation, characterized in that
the endoscope shaft can be angled in the distal area such that the viewing direction of the solid-state image recording system or at least one image sensor is approximately parallel to the axis of the proximal part of the endoscope shaft, and,
that the endoscope shaft can be moved in the distal region in such a way that the center of the stereo base falls on the axis of the proximal part of the endoscope shaft and,
that the image recorders are arranged one behind the other in the distal area of the endoscope axially to the longitudinal axis of the distal angled area.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Endoskop mit einem Endoskopschaft, an dessen distalem Ende ein Festkörper-Bildaufnahmesystem angeordnet ist, das wie bei einer Seitblickoptik ausgebildet ist und das wenigstens zwei Bildaufnehmer zur Stereobeobachtung aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The Invention relates to an endoscope with an endoscope shaft, a solid-state imaging system is arranged at the distal end thereof is, which is designed like a side view optics and at least has two image recorders for stereo observation, according to the generic term of claim 1.

Der Einsatz von Endoskopen in der Chirurgie hat sich mittlerweile erfolgreich bewährt und dient neben den herkömmlichen chirurgischen Operationstechniken in vielen Fällen als ein minimal invasives Alternativ-Verfahren, das den Vorteil weit geringerer Belastung für den Patienten und wesentlich kürzere Heilungszeiten ermöglicht. Neben den Anwendungen zu Zwecken von inkorporalen Manipulationen, bspw. durch geeignetes Endoskopbesteck zum Behandeln von krankhaften Körperstellen, finden Endoskope vornehmlich ihren Einsatz als Beobachtungs- und Untersuchungsmittel von Hohlräumen innerhalb des menschlichen Körpers.The Use of endoscopes in surgery has meanwhile been successful proven and serves alongside the conventional ones surgical techniques in many cases as a minimally invasive Alternative procedure that has the benefit of far less stress for the Patients and much shorter Healing times enabled. In addition to the use for the purposes of incorporeal manipulation, For example, with a suitable endoscope set for treating pathological Parts of the body, endoscopes are mainly used as observation and Means of examination of cavities within of the human body.

Neben den hinlänglich bekannten, konventionellen starren Stablinsen-Endoskopen, die nur über einen einzigen optischen Sichtkanal verfügen und dem Operateur nur ein zweidimensionales Abbild des Beobachtungsraumes verschaffen, sind Endoskopsysteme bekannt, die aufgrund der Nutzung stereoskopischer Optiksysteme das Operationsumfeld in seiner räumlichen Anordnung wiederzugeben vermögen.Next the sufficient known, conventional rigid rod endoscopes that only have one single optical viewing channel and the operator only one create a two-dimensional image of the observation room Endoscope systems are known due to the use of stereoscopic Optical systems reflect the operating environment in its spatial arrangement capital.

Erste Überlegungen zur räumlichen Betrachtung mit Hilfe von Endoskopen, den sog. Stereoendoskopen, gehen bspw. auf die deutsche Patentschrift DE 16 49 66 C aus dem Jahre 1904 zurück. Es handelt sich hierbei um zwei getrennte, optische Betrachtungswege, die den Anblick eines Objektes, das dem distalen Ende des Endoskops gegenüberliegt, aus zwei unterschiedlichen Blickrichtungen gestattet.The first considerations for spatial observation with the help of endoscopes, the so-called stereo endoscopes, go, for example, to the German patent specification DE 16 49 66 C. back from 1904. These are two separate, optical viewing paths that allow the view of an object that is opposite the distal end of the endoscope from two different viewing directions.

Der proximale Teil des Endoskops ist mit einem Doppelokularansatz verbunden, der die Beobachtung des Objektes mit beiden Augen gleichzeitig ermöglicht.The proximal part of the endoscope is connected to a double eyepiece, which enables observation of the object with both eyes at the same time.

Neben der reinen visuellen Betrachtung des Operateurs ist es aus einer Vielzahl von Gründen erwünscht und bei den minimalinvasiven endoskopischen Operationstechniken sogar notwendig, die Darstellung des Operationsgebietes videotechnisch über eine Kamera-Monitor-Einheit zu realisieren. Darüber hinaus kann das endoskopische Vorgehen videotechnisch gespeichert werden, so dass eine eingehendere Betrachtung auch nach dem Eingriff möglich ist. In diesem Zusammenhang ist es bspw. für das beschriebene, konventionelle, optische Stereo-Endoskop-System erforderlich, dass auf die zwei getrennten optischen Beobachtungssysteme proximal jeweils ein Kamerasystem angekoppelt werden muss. Derartige Ankoppelvorgänge erfordern jedoch zum Teil sehr aufwendige Justierarbeiten, die ferner den Umgang mit dem Endoskop entscheidend erschweren. Hinzu kommt, dass bei den beschriebenen, optischen Stereosystemen die in dem Endoskop vorhandenen optischen Elemente, bspw. Stablinsen, in ihren Führungsröhren eine gewisse laterale Beweglichkeit aufweisen, wodurch eine systembedingte Unscharfe zumindest bei der Justierung des Systems nicht zu verhindern ist.Next the pure visual observation of the surgeon is one Variety of reasons he wishes and minimally invasive endoscopic surgical techniques even necessary to display the area of operation via video Realize camera monitor unit. In addition, the endoscopic Procedure can be stored video-technically, so that a more detailed Viewing is also possible after the procedure. In this context is it for the described, conventional, optical stereo endoscope system required that on the two separate optical observation systems a camera system must be coupled proximally. such Ankoppelvorgänge However, sometimes require very complex adjustment work, which also the Completely complicate handling of the endoscope. On top of that in the described optical stereo systems, those in the endoscope optical elements, e.g. rod lenses, have a certain lateral in their guide tubes Have mobility, which means a system-related blurring at least cannot be prevented when adjusting the system.

Alternativ zur konventionellen Bildübertragung zwischen dem distalen Ende und dem proximalen Ende des Erdoskops mit Hilfe von optischen Komponenten (Abbildungslinsen, Lichtleitfaseranordnungen, u.a.) werden verstärkt auch Video-Bildaufnehmer, wie bspw. CCD-Chips verwendet. Es ist deshalb mehrfach vorgeschlagen worden anstelle der herkömmlichen optischen Übertragungssysteme in der Bildebene der jeweils distal angeordneten Objektive einen Bildaufnehmer anzuordnen, der mittels eines Übertragungssystems mit einer proximal angeordneten Versorgungseinheit verbunden ist. Hierzu wird exemplarisch auf die US-Patentschrift 4 261 344 A verwiesen.alternative for conventional image transmission between the distal end and the proximal end of the earth scope with the help of optical components (imaging lenses, optical fiber arrangements, etc.) are strengthened also video image recorders, such as. CCD chips used. It has therefore been proposed several times been instead of the conventional one optical transmission systems in an image sensor of the image plane of the lenses arranged distally in each case to be arranged using a transmission system is connected to a proximally arranged supply unit. For this purpose, reference is made, for example, to US Pat. No. 4,261,344 A.

Hierbei finden Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen, unter, denen ladungsgekoppelte Sensorentypen, bspw. CCD-arrays am geeignetsten, erscheinen, weitverbreitete Anwendung.in this connection find solid state imaging devices, among which charge-coupled sensor types, e.g. CCD arrays on most appropriate, appear, widespread application.

Die distale Anordnung derartiger Bildaufnahmesysteme weist u.a. den Vorteil auf, dass die Bildübertragung vom distalen Ende zum proximalen Ende des Endoskops elektronisch vollzogen werden kann, d.h. die Signalübertragung erfolgt über entsprechende elektrische Leitungen. Flexiblere Endoskopführungen ohne optische Verzerrungen können somit gewährleistet werden. Ebenso fallen die erheblichen Kostenanteile für das optische Stablinsenübertragungssystem weg, wodurch "elektronische Beobachtungsendoskope" günstiger produziert werden können.The The distal arrangement of such image recording systems includes the Advantage on that image transmission electronically from the distal end to the proximal end of the endoscope can be carried out, i.e. the signal transmission takes place via appropriate electric lines. More flexible endoscope guides without optical distortions can thus guaranteed become. The considerable share of costs for the optical also falls Rod lens transmission system away, causing "electronic Observation endoscopes "cheaper can be produced.

Aus den US-Patentschriften 4 699 125 A oder 4 926 257 A gehen derartige Endoskope hervor, an deren distalen Ende Bildaufnahmesysteme vorgesehen sind, die im wesentlichen aus einem Objektiv und einem Festkörperbildaufnahmeelement, vorzugsweise CCD-Array, zusammengesetzt sind.Out U.S. Patents 4,699,125 A or 4,926,257 A disclose such Endoscopes emerge, at the distal end of which imaging systems are provided which essentially consist of a lens and a solid-state imaging element, preferably CCD array.

Vergleichbare elektronische Endoskope sind ferner in folgenden Druckschriften beschrieben: US-PS 5 050 584 A , US-PS 4 989 586 A sowie DE-OS 38 06 190 A1 .Comparable electronic endoscopes are also described in the following publications: U.S. Patent 5,050,584 A. . U.S. Patent 4,989,586 A. such as DE-OS 38 06 190 A1 ,

Bei den genannten Endoskopen ist in der Bildebene des distal angeordneten Objektivs ein Halbleiterbildaufnehmer derart angeordnet, dass die lichtempfindliche Sensorfläche mit der Achse des Endoskops einen 90°-Winkel einschließt. Mit dem Ziel der Verringerung des Endoskopquerschnittes im distalen Bereich sind somit zumindest durch die dzt. kleinstmögliche Dimensionierung von Festkörper-Bildaufnahmesensoren Grenzen gesetzt.In the endoscopes mentioned, there is a half in the image plane of the distally arranged lens Conductor imager arranged such that the light-sensitive sensor surface includes a 90 ° angle with the axis of the endoscope. With the aim of reducing the endoscope cross-section in the distal area, there are limits at least due to the smallest possible dimensioning of solid-state image recording sensors.

Alternativ zu den sog. Geradeausblick-Endoskopen, wie sie aus dem vorgenannten Stand der Technik zu entnehmen sind, bieten sog. Seitblick-Endoskope mit parallel zur Endoskopachse ausgerichteten Flächensensoren eine weitergehende Minimierung des Endoskopquerschnittes. Derartige Vorrichtungen gehen bspw. aus der US-PS 4 685 451 A , US-PS 4 562 831 A sowie aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 32 33 924 A1 hervor. Seitblickendoskope, deren Blickrichtung senkrecht zur Endoskopachse und somit auch zur Einführbewegung des Endoskops gerichtet sind, dienen in erster Linie zur gastroenterologischen Beobachtung und Untersuchung des Duodenums (Zwölffingerdarm) und weiterführenden Behandlungen im Gallengang, welcher gegenüber dem Duodenum um nahezu 90° abgelenkt ist. Zwar ist mit diesem Aufbau der Endoskopquerschnitt zu reduzieren, jedoch ist der Operateur nicht in der Lage den Bereich zu beobachten, in den das Endoskop in Bewegungsrichtung eindringt.As an alternative to the so-called straight-ahead endoscopes, as can be gathered from the aforementioned prior art, so-called side-view endoscopes with surface sensors aligned parallel to the endoscope axis offer a further minimization of the endoscope cross-section. Such devices go, for example U.S. Patent 4,685,451 A . U.S. Patent 4,562,831 A as well as from the German published application DE 32 33 924 A1 out. Sidelong endoscopes, the direction of which is directed perpendicular to the endoscope axis and thus also towards the insertion movement of the endoscope, are primarily used for gastroenterological observation and examination of the duodenum (duodenum) and further treatments in the bile duct, which is deflected by almost 90 ° compared to the duodenum. Although the endoscope cross section can be reduced with this construction, the surgeon is unable to observe the area into which the endoscope penetrates in the direction of movement.

Im Gegensatz zu den elektronischen Endoskopen, die nur über ein einziges Bildaufnahmesystem verfügen, geht aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 06 190 A1 eine elektronische Endoskopeinrichtungen mit jeweils zwei Abbildungsvorrichtungen hervor, die unter Verwendung von Festkörperbildaufnehmern dem Operateur einen räumlichen Eindruck vom Beobachtungsbereich des Endoskops ermöglichen. Zwar bietet die paarweise Anordnung der Bildaufnahmesysteme in Geradeausblickrichtung am distalen Ende des Endoskops dem Operateur einen Beobachtungsbereich, der unmittelbar vor der Endoskopspitze liegt und ermöglicht somit eine kontrollierte Bewegung des Endoskops ins Körperinnere. Durch die Forderung mit möglichst geringen Endoskopdurchmessern zu arbeiten, kann jedoch die gegenseitige Beabstandung der Bildaufnahmesysteme, die sog., Stereobasis, nicht allzu groß gewählt werden. Diese Forderung steht jedoch der Möglichkeit der Steigerung des räumlichen Seheindruckes und somit einer möglichst großen Stereobasis, diametral entgegen. Darüber hinaus sind unter Einhaltung möglichst geringer Endoskopdurchmesser, bei dieser Anordnung Festkörper-Bildsensoren mit sehr geringen Abmessungen und somit auch schlechterer Auflösung einsetzbar.In contrast to the electronic endoscopes, which only have a single image recording system, the German published specification DE 38 06 190 A1 an electronic endoscope devices with two imaging devices each, which, using solid-state image recorders, give the surgeon a spatial impression of the observation area of the endoscope. The paired arrangement of the image recording systems in the straight-ahead direction at the distal end of the endoscope offers the surgeon an observation area which lies directly in front of the endoscope tip and thus enables a controlled movement of the endoscope into the body. Due to the requirement to work with the smallest possible endoscope diameters, the mutual spacing of the image recording systems, the so-called stereo base, cannot be chosen too large. This requirement, however, diametrically opposes the possibility of increasing the spatial visual impression and thus the largest possible stereo base. In addition, while maintaining the smallest possible endoscope diameter, solid-state image sensors with very small dimensions and thus also poorer resolution can be used with this arrangement.

Aus der DE 39 21 233 A geht unter anderem aus der 4 ein elektronisches Stereoendoskop in Geradeausblickrichtung hervor. Hierzu werden zwei getrennt voneinander bewegbare Bildaufnahmesysteme aus der koaxialen Lage zur Endoskopachse seitlich ausgeschwenkt, so dass die Stereobasis erheblich vergrößert werden kann. Durch den seitlich ausschwenkbaren Klappmechanismus beider Bildaufnahmesysteme kann jedoch auch dem Fordernis eines möglichst geringen Endoskopquerschnittes Rechnung getragen werden. Der vorgeschlagene Lösungsweg bietet zwar dem Operateur einen räumlichen Eindruck des Beobachtungsfeldes in Geradeausblickrichtung, er lässt jedoch weitere Freiheitsgrade nicht zu. Außerdem erscheint die genaue Positionierung der beiden Aufnahmesysteme zueinander problematisch.From the DE 39 21 233 A goes from the 4 an electronic stereo endoscope looking straight ahead. For this purpose, two image recording systems that can be moved separately from one another are swung out sideways from the coaxial position to the endoscope axis, so that the stereo base can be considerably enlarged. However, the folding mechanism of the two image recording systems, which can be swung out to the side, can also take into account the requirement that the endoscope cross section be as small as possible. The proposed solution offers the surgeon a spatial impression of the observation field in the straight-ahead direction, but it does not allow further degrees of freedom. In addition, the exact positioning of the two recording systems to each other seems problematic.

Aus der US 4 941 457 A ist ein Endoskop mit einem Endoskopschaft bekannt, dessen am distalen Ende des Schaftes angeordnetes Bildaufnahmesystem mit Hilfe eines aufgesetzten Adapters in Art einer Seitblickoptik ausgebildet werden kann. Die optische Achse der Objektive ist jedoch auch bei einer Seitblickoptik parallel zur Längsachse des Endoskopes angeordnet und die Basis, für die Stereo-Beobachtung ist nicht größer als die Querdimension des Schafts.From the US 4,941,457 A. An endoscope with an endoscope shaft is known, the image recording system of which is arranged at the distal end of the shaft can be designed in the manner of a side view optic with the aid of an attached adapter. However, the optical axis of the lenses is also arranged parallel to the longitudinal axis of the endoscope in the case of a side view optic and the base for the stereo observation is no larger than the transverse dimension of the shaft.

Aus der US 4 873 572 ist ein elektronisches Stereo-Endoskop bekannt, bei dem anstelle der beiden Bildleiterbündel eine Festkörper-Bildaufnehmerplatte mit zwei bildgebenden Bereichen angeordnet ist. Neben den bereits beschriebenen Nachteilen sind hier zwar Festkörper-Bildaufnehmer jedoch keine Seitblick-Optik offenbart.From the US 4,873,572 An electronic stereo endoscope is known in which a solid-state image pick-up plate with two imaging areas is arranged instead of the two image conductor bundles. In addition to the disadvantages already described, solid-state image sensors are not disclosed here, but no side view optics.

Aus der JP 60-232524 A ist ein elektronisches Stereo-Endoskop bekannt, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei dem die Bildaufnehmer am distalen Ende des Endoskopes angeordnet sind. Die Geradeaus-Stellung der Optik wird mittels eines sehr aufwendigen Schwenkmechanismus erreicht, der sowohl die Benutzung als auch die spätere Reinigung des Instrumentes erschwert. Ein weiteres Endoskop für dreidimensionale Untersuchungen ist aus der JP 63-201618 A bekannt. Dieses Endoskop weist mehrere nebeneinander angeordnete Objektive und Bildaufnehmer auf. Bei Geradeausblickoptik ist die Stereobasis durch die Querdimension des Schaftendes begrenzt.From the JP 60-232524 A an electronic stereo endoscope is known, according to the preamble of claim 1, in which the image recorders are arranged at the distal end of the endoscope. The straight-ahead position of the optics is achieved by means of a very complex swivel mechanism, which complicates both the use and the subsequent cleaning of the instrument. Another endoscope for three-dimensional examinations is from the JP 63-201618 A known. This endoscope has several lenses and image recorders arranged side by side. With straight-ahead optics, the stereo base is limited by the transverse dimension of the shaft end.

Aus der DE 15 41 153 B ist ein Endoskop bekannt, das als eine biegsame Schlauchanordnung ausgeführt ist und an dessen distalem Ende ein Bildaufnehmer angeordnet ist. Die hier angezeigte Schlauchanordnung lässt sich im distalen Bereich des Endoskops abwinkeln, dass die Blickeinrichtung im wesentlichen parallel zur Achse des proximalen Teils des Endoskopschaftes verläuft. Dazu werden bestimmte Anlenkglieder durch Ziehstränge einheitlich in eine Richtung ausgelenkt. Aus diesem Grund ist bei dieser Ausführungsform eine platzsparende Auslenkung des distalen Endes des Endoskopschaftes derart, dass der Mittelpunkt des Bildaufnehmers auf die Achse des proximalen Endes des Endoskopschaftes fällt nicht möglich. Mit anderen Worten ist hier eine entgegengesetzte Biegung angrenzender Bereiche im Endoskopstrang nicht realisierbar.From the DE 15 41 153 B an endoscope is known which is designed as a flexible hose arrangement and at the distal end of which an image sensor is arranged. The hose arrangement shown here can be angled in the distal area of the endoscope so that the viewing device runs essentially parallel to the axis of the proximal part of the endoscope shaft. For this purpose, certain articulation links are uniformly deflected in one direction by pulling strands. For this reason, in this embodiment there is a space-saving deflection of the distal end of the endoscope sheep tes such that the center of the image sensor does not fall on the axis of the proximal end of the endoscope shaft. In other words, an opposite bend of adjacent areas in the endoscope strand cannot be realized here.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Endoskop mit einem Endoskopschaft, an dessen distalem Ende ein Festkörper-Bildaufnahmesystem angeordnet ist, das in Art einer Seitblickoptik ausgebildet ist, derart weiterzubilden, dass bei möglichst minimalen Endoskopquerschnitt ein möglichst optimaler räumlicher Eindruck des Sichtfeldes erreichbar ist. Ferner soll die dreidimensionale Beobachtung möglichst den gesamten Hohlraum, innerhalb dem das Stereoendoskop eingeführt ist, erfassen. Dem Operateuer soll ein möglichst einfach zu bedienendes Beobachtungswerkzeug gegeben werden, das bspw. die Notwendigkeit von Justierungen an der Optik während des Gebrauchs vollkommen ausschließt und die Handhabung weitgehend vereinfacht, so dass die räumliche Orientierung jederzeit unproblematisch ist. Außerdem sollen möglichst großflächige Bildsensoren mit entsprechend hoher Bildauflösung zum Einsatz kommen. Diese Aufgabe wird durch ein Endoskop mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.The The invention has for its object an endoscope with an endoscope shaft, a solid-state imaging system is arranged at the distal end thereof which is designed in the manner of a side view optics, that with the minimum possible Endoscope cross-section if possible optimal spatial Impression of the field of vision is achievable. Furthermore, the three-dimensional Observation if possible the entire cavity within which the stereo endoscope is inserted, to capture. The operator should be able to use one that is as simple as possible Observation tools are given, for example, the need of adjustments to the optics during completely excludes the use and largely handling simplified so that the spatial Orientation is unproblematic at all times. In addition, if possible large-scale image sensors with a correspondingly high image resolution for Come into play. This task is performed using an endoscope with the characterizing part of claim 1 specified features solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments are specified in the subclaims.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dass das distale Ende eines Seitblickendoskops, das wenigstens zwei Bildaufnehmer aufweist, sowohl in einer Stellung die Seitblickrichtung und in einer zweiten Stellung die Geradeausblickrichtung einnimmt. Durch die Umstellung der Blickrichtung des Bildaufnahmesystems um wenigstens 90° kann bspw. durch zusätzliche Drehung des Endoskops um dessen Längsachse die Gesamtheit eines Hohlraums erfasst werden.The Invention is based on the basic idea that the distal end a side view endoscope that has at least two image recorders, both in one position the side gaze direction and in a second position takes the straight line of sight. By changing the viewing direction of the Image recording system by at least 90 ° can, for example, by additional Rotation of the endoscope about its longitudinal axis is the entirety of one Cavity are detected.

Erfindungsgemäß weist das Endoskop mit einem an seinem distalen Ende angebrachten Festkörper-Bildaufnahmesystem, das wie bei einer Seitblickoptik ausgebildet ist, wenigstens zwei Bildaufnehmer auf, die im distalen Bereich des Endoskops axial hintereinander angeordnet sind. Zusätzlich ist der Endoskopschaft im distalen Bereich derart abwinkelbar, dass die Blickrichtung des Festkörper-Bildaufnahmesystems in etwa parallel zur Achse des proximalen Teils des Endoskopschaftes ausgerichtet werden kann.According to the invention the endoscope with a solid-state imaging system attached to its distal end, which is designed like a side view optic, at least two Imager on axially one behind the other in the distal area of the endoscope are arranged. additionally the endoscope shaft can be bent in the distal area in such a way that the viewing direction of the solid-state imaging system approximately parallel to the axis of the proximal part of the endoscope shaft can be aligned.

Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß möglich, den Mittelpunkt der Stereobasis des Festkörper-Bildaufnahmesystems in etwa auf der Achse des proximalen Teils des Endoskopschaftes anzuordnen.Furthermore it is possible according to the invention, the Center of the stereo base of the solid-state imaging system in to be arranged approximately on the axis of the proximal part of the endoscope shaft.

In anderen Worten ausgedrückt, besteht der allgemeine Erfindungsgedanke darin, ein Stereobildaufnahme-Endoskop für den Eindringvorgang in den Hohlraum mit möglichst geringem Querschnitt des Endoskopschaftes zu realisieren, gleichwohl aber für eine möglichst große Stereobasis bei gleichzeitiger Verwendung großflächiger Festkörper-Bildsensoren mit hoher Bildauflösung zu sorgen, um einen möglichst ausgeprägten dreidimensionalen Seheindruck zu gewährleisten. Hierbei sind die Bildaufnahmesysteme im distalen Bereich des Endoskopschaftes in Seitblickrichtung derart vorgesehen, so dass die lichtempfindlichen Festkörper-Bildsensoren in Endoskoplängsachse hintereinander angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass der kleinste Endoskopschaftquerschnitt nicht von beiden Dimensionen eines Bildsensors abhängt, sondern nur von einer Sensorlängsseite. Eine möglichst geringe Endoskopquerschnittsbemaßung ist somit möglich.In in other words The general idea of the invention is a stereo imaging endoscope for the Penetration process in the cavity with the smallest possible cross section to realize the endoscope shaft, but nevertheless for one if possible size Stereo base with simultaneous use of large-area solid-state image sensors high image resolution to take care of you as possible pronounced to ensure three-dimensional visual impression. Here are the Image acquisition systems in the distal area of the endoscope shaft in a sideways view provided such that the light-sensitive solid-state image sensors in the longitudinal axis of the endoscope are arranged one behind the other. This has the advantage of being the smallest Endoscope shaft cross-section not from both dimensions of an image sensor depends but only from one long side of the sensor. One if possible small endoscope cross-sectional dimensions are therefore possible.

Ist das Endoskop innerhalb des zu beobachtenden Hohlraumes eingebracht, so ist die am distalen Endoskopende angebrachte Beobachtungseinheit aus einer Seitblickrichtung erfindungsgemäß in eine zweite Stellung, die eine Geradeausblickrichtung ermöglicht, überführbar. Zur einfacheren Handhabung des Endoskops für den Operateur ist vorzugsweise eine definierte Lageänderung des Endoskopschaftes zwischen Seitblickrichtung und Geradeausblickrichtung vorgesehen. Die Handhabung wird für den Operateur wesentlich vereinfacht und die Zuordnung zwischen Seitblick- und Geradeausblickrichtung wird dadurch vereinfacht. Die Orientierung im Hohlraum durch zwei vorgegebene Blickrichtungseinstellungen wird dadurch verbessert.is the endoscope is inserted inside the cavity to be observed, this is the observation unit attached to the distal end of the endoscope from a side view direction according to the invention into a second position, which enables a straight view, can be transferred. For easier handling of the endoscope for the surgeon is preferably a defined change in position of the endoscope shaft between the side view direction and the straight view direction intended. Handling becomes essential for the surgeon simplified and the assignment between side view and straight view direction is simplified. The orientation in the cavity by two Predefined viewing direction settings are thereby improved.

Natürlich kann je nach Anwendungsfall auch eine kontinuierliche Bewegung des Endoskopschaftes in mehrere Richtungen erfolgen.Of course you can depending on the application, a continuous movement of the endoscope shaft done in several directions.

Die zur Endoskoplängsachse parallele Blickrichtung des abgewinkelten Endoskopschaftes am distalen Bereich, wobei der Mittelpunkt der Stereobasis auf der Verlängerung der Endoskopachse liegt, wird erfindungsgemäß derart ermöglicht, dass durch eine mehrfache Abwinkelung relativ zur Endoskoplängsachse das Festkörper-Bildaufnahmesystem quasi in Geradeausblickrichtung in Verlängerung der Endoskoplängsachse umklappbar ist. Die diskrete Deformation des Endoskopschaftes kann mit Hilfe (gemäß Anspruch 7) einer im distalen Bereich des Endoskopschaftes vorgesehenen Baueinheit, die in bevorzugter Weise aus einem Werkstoff mit thermischen oder mechanischen Gedächtnisvermögen besteht, vorgenommen werden. Hierzu wird der Endoskopschaft, der einen starren und einen sich verformbaren Teil aufweist, während des Einführvorganges in den Hohlraum durch eine längliche Trokarhülse hindurch geführt. Tritt der sich verformbare Teil des Endoskopschaftes im Hohlraum aus der Trokarhülse hervor, so nimmt er automatisch seine vorgegebene Form an, die derart vorgesehen ist, dass das Bildaufnahmesystem vorzugsweise in Geradeausblickrichtung orientiert ist.The viewing direction of the angled endoscope shaft at the distal region parallel to the longitudinal axis of the endoscope, the center of the stereo base being on the extension of the endoscope axis, is made possible according to the invention in such a way that the solid-state image recording system can be folded over in an extension of the longitudinal axis of the endoscope, as it were in a straight line of sight, by a multiple bending , The discrete deformation of the endoscope shaft can be carried out with the aid (according to claim 7) of a structural unit provided in the distal region of the endoscope shaft, which preferably consists of a material with thermal or mechanical memory. For this purpose, the endoscope shaft, which has a rigid and a deformable part, is inserted into the cavity through an elongated trocar sleeve during the insertion process passed through. If the deformable part of the endoscope shaft emerges from the trocar sleeve in the cavity, it automatically assumes its predetermined shape, which is provided in such a way that the image recording system is preferably oriented in the direction of the straight view.

Diese Abwinkelung des Endoskopschaftes im distalen Bereich kann auch gesteuert vorsichgehen, indem innerhalb des sich verformbaren Teils des Endoskopschaftes Bowdenzüge oder steuerbare Gelenke vorgesehen sind, die manuell oder motorisch bedienbar sind.This Angling the endoscope shaft in the distal area can also be controlled be careful by moving inside the deformable part of the endoscope shaft cables or controllable joints are provided that can be operated manually or by motor are.

Neben der Möglichkeit einer 90°-Abwinkelung des Endoskopschaftes im distalen Bereich, die eine zur Endoskoplängsachse parallele aber nicht koaxiale räumliche Beobachtungsmöglichkeit bietet, ist erfindungsgemäß eine weitere Möglichkeit der Abwinkelung des Endoskopschaftes im distalen Bereich vorgesehen, die eine mit der Achse des proximalen Teils des Endoskopschaftes koaxiale Beobachtung in räumlicher Qualität vorsieht.Next The possibility a 90 ° bend of the endoscope shaft in the distal area, one to the longitudinal axis of the endoscope parallel but not coaxial spatial observability offers is another according to the invention possibility the angling of the endoscope shaft is provided in the distal area, one with the axis of the proximal part of the endoscope shaft coaxial observation in spatial quality provides.

Die vorstehende Beobachtungsvariante weist zusätzlich den Vorteil auf, dass der Operateur einen räumlichen Seheindruck von dem Beobachtungsfeld durch das Endoskop vermittelt bekommt, das sich unmittelbar in Vorstoßrichtung des Endoskops und somit weitgehend koaxial mit der Endoskoplängsachse vor dem distalen Bereich des Endoskops befindet.The The above observation variant also has the advantage that the surgeon has a spatial Visual impression of the observation field conveyed by the endoscope gets that directly in the direction of advance of the endoscope and thus largely coaxial with the longitudinal axis of the endoscope in front of the distal area of the endoscope.

Die Handhabung des Endoskops mit koaxialer Anordnung des Festkörper-Bildaufnahmesystems in Geradeausblickrichtung ist ähnlich wie bei kon ventionellen Stablinsenendoskopen. Eine Umgewöhnung auf anderweitige Abbildungseigenschaften wird mit dieser Endoskoplösung vermeidbar.The Handling of the endoscope with coaxial arrangement of the solid-state imaging system in Straight-ahead direction is similar as with conventional rod lens endoscopes. Get used to other imaging properties can be avoided with this endoscope solution.

Der Einsatz derartiger Stereoendoskope mit möglichst großer Stereobasis, zum Erzielen eines intensiven räumlichen Seheindrucks dient dem Operateur in erster Linie zur besseren Abschätzung von räumlichen Beabstandungen. Insbesondere das Hantieren von weiteren endoskopischen Werkzeugen, zur Durchführung inkorporaler Behandlungen im Sichtkegel des Stereoendoskops wird durch die Räumlichkeit des Seheindruckes entscheidend vereinfacht. Der Operateur ist somit in der Lage mit wenigstens zwei in dem Hohlraum eingebrachten Werkzeugen derart zu agieren, als würde der, Operateur einen direkten Einblick zu der zu behandelnden Stelle besitzen. Ferner ist es möglich, absolute Vermessungen durch das erfindungsgemäße Stereoendoskop vorzunehmen. Neben der bereits erwähnten entscheidenden Verbesserung zur kontrollierten Durchführung komplizierter Operationstechniken mittels Endoskopwerkzeugen innerhalb von Hohlräumen, bspw. Magen, Blase, Darm etc., kann mit dem erfindungsgemäßen Stereoendoskop durch die räumliche Beobachtung der gesamten Innenseite von schlauchförmigen Hohlräumen wie Darmgefäße eine verbesserte Diagnose durchgeführt werden.The Use of such stereo endoscopes with the largest possible stereo base to achieve an intense spatial The surgeon primarily uses visual impressions to better assess spatial Spacings. In particular, handling other endoscopic ones Tools to carry out incorporeal treatments in the cone of the stereo endoscope through the space the visual impression decisively simplified. The surgeon is thus capable with at least two tools inserted in the cavity to act as if the surgeon gives a direct insight into the area to be treated have. It is also possible to carry out absolute measurements using the stereo endoscope according to the invention. In addition to the one already mentioned crucial improvement to controlled implementation more complicated Surgical techniques using endoscope tools within cavities, e.g. Stomach, bladder, intestine etc., can with the stereo endoscope according to the invention through spatial observation the entire inside of tubular cavities like Intestinal vessels an improved Diagnosis carried out become.

Gemäß Anspruch 2 weist das am distalen Ende des Endoskops angebrachte Festkörper-Bildaufnahmesystem wenigstens zwei Bildaufnehmer auf, die im wesentlichen aus einem Objektiv und einem lichtempfindlichen Festkörper-Bildsensor, bspw. einem CCD-Array, bestehen. Die jeweils paarweise zugeordneten Bildaufnehmer sind dabei derart zueinander angeordnet, so dass zumindest die optischen Achsen ihrer Objektive einen Konvergenzwinkel einschließen, der bspw. über steuerbare Mikrostellelemente einstellbar ist. Durch die Änderung des Konvergenzwinkels ist es bspw. möglich, den Abstand zwischen der Objektivebene und dem Entfernungspunkt, an dem sich die Sichtfelder beider Bildaufnahmesysteme überschneiden, in einem gewissen Bereich zu variieren. Somit ist der Operateur in der Lage, das optische System in seinen räumlichen Abbildungsqualitäten optimal an den Entfernungsbereich vor der Objektivebene anzupassen, auf den sich das Beobachtungsinteresse, bspw. bedingt durch die Vornahme eines Operationsvorganges mittels weiterer Endoskopwerkzeuge, bezieht.According to claim 2 has the solid-state imaging system attached to the distal end of the endoscope at least two image recorders, which essentially consist of one Lens and a light-sensitive solid-state image sensor, for example. A CCD array. The image recorders assigned in pairs are of this type arranged to each other so that at least the optical axes of their Lenses include a convergence angle, which can be controlled, for example Micro adjusting elements is adjustable. By changing the convergence angle for example, is it possible the distance between the lens plane and the distance point, where the fields of view of both image acquisition systems overlap, to vary within a certain range. So the surgeon is able to optimally reproduce the optical system in its spatial imaging qualities to adapt to the distance range in front of the lens plane interest in observation, for example due to the execution an operation using additional endoscope tools.

Ebenso sieht eine bevorzugte Ausführungsform gemäß Anspruch 13 die Veränderbarkeit der Stereobasis der Bildaufnehmer vor, so dass die räumlichen Betrachtungsqualitäten an die aktuellen Gegebenheiten des Sichtfeldes angepasst werden können.As well sees a preferred embodiment according to claim 13 the changeability the stereo base of the image sensor so that the spatial viewing qualities can be adapted to the current conditions of the field of vision.

Zur Beleuchtung der zu beobachtenden inkorporalen Körperstellen dienen vorzugsweise Lichtleiterausgänge, die jeweils in Blickrichtung der Festkörper-Bildaufnahme-Systeme angeordnet sind. Eine symmetrische Anordnung der Lichtausgänge um die Bildaufnahmesysteme ermöglicht ferner eine homogene Ausleuchtung, die insbesondere für stereoskopische Aufnahmen unabdingbar sind.to Illumination of the incorporeal parts of the body to be observed are preferably used Optical fiber outputs, which are each arranged in the direction of view of the solid-state imaging systems. A symmetrical arrangement of the light outputs around the image recording systems allows also a homogeneous illumination, especially for stereoscopic Recordings are essential.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass die Bildaufnehmer, zumindest aber die Festkörper-Bildsensoren mechanisch vorzugsweise auf einer einzigen Leiterplatte angebracht sind. Eine derartige Kombination verhindert eine ungewollte De-Justierung und garantiert für eine ungestörte Übertragung der durch die Bildaufnehmer gewonnenen Bildsignale, die durch die Festkörper-Bildsensoren in elektrische Signale umgewandelt und über entsprechende Leitungen entlang des Endoskopschaftes zur einer proximal angebrachten Videobildverarbeitungseinheit weitergeleitet werden.As It has proven particularly advantageous that the image recorders, at least the solid-state image sensors mechanically preferably attached to a single circuit board are. Such a combination prevents unwanted misalignment and guaranteed for an undisturbed transmission the image signals obtained by the image recorders, which are generated by the Solid-state image sensors converted into electrical signals and via appropriate lines along the endoscope shaft to a proximally attached video image processing unit to get redirected.

Die elektronische Ansteuerung der Festkörper-Bildsensoren in Form von geeigneten Taktsignalen, die für eine einwandfreie Funktion der Sensoren notwendig sind, und die Bereitstellung der Versorgungsspannung können für zwei oder mehr Sensoren über identische Signalleitungen bzw. Versorgungsleitungen geleitet werden, da die notwendigen Eingangssignale für die Festkörper-Bildsensoren identisch sind. Die Verwendung von mehr als einem Bildaufnehmer führt somit nicht zu einer Verdopplung der Eingangs-Signalleitungen, so dass der Endoskopquerschnitt auf ein Minimum gehalten werden kann. Pro Bildaufnehmer muss nur eine Ausgangssignalleitung vorgesehen werden, um die Videobildinformation nach proximal zu übertragen.The electronic control of the solid-state image sensors in the form of suitable clock signals, which ensure that the sensors function properly are necessary, and the provision of the supply voltage for two or more sensors can be routed via identical signal lines or supply lines, since the necessary input signals for the solid-state image sensors are identical. The use of more than one image sensor therefore does not lead to a doubling of the input signal lines, so that the endoscope cross section can be kept to a minimum. Only one output signal line has to be provided per image sensor in order to transmit the video image information proximally.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass gemäß Anspruch 18 die für das taktweise Auslesen der Festkörper-Bildsensoren erforderlichen Taktsignale in einer elektronischen Aufbereitungseinheit, die im distalen Bereich des Endoskopschaftes angebracht ist, aufbereitet werden.It has proven to be advantageous that according to claim 18 for the clockwise Reading out the solid-state image sensors required clock signals in an electronic processing unit, prepared in the distal area of the endoscope shaft become.

Die von zwei Bildaufnahmesystemen aufgenommen einzelnen Objektfelder werden wie bereits besprochen in elektrische Signale umgewandelt und an eine proximal angebrachte Kontroll-, Verarbeitungs- und Darstellungseinheit weitergeleitet. Die proximalseitige Kontrolleinheit sorgt für die Generierung der Takte zum Auslesen der Bildaufnehmer, die Verarbeitungseinheit für die zweikanalige Weiterverarbeitung der durch die Bildaufnehmer gewonnenen Bildsignale die sodann als Videosignale einer Darstellungseinheit zugeleitet werden.The Individual object fields recorded by two image acquisition systems are converted into electrical signals as already discussed and to a proximally attached control, processing and display unit forwarded. The proximal control unit takes care of the generation the clocks for reading out the image recorders, the processing unit for the two-channel further processing of the image signals obtained by the image recorders which are then fed as video signals to a display unit become.

Bspw. können die Videosignale der beiden Bildaufnahmesysteme abwechselnd je 50 mal/sec auf einen Monitor übertragen werden. Mit einem derartigen Monitor, der mittels einer durch Infrarotstrahlen gekoppelten Brille zu betrachten ist, die mit einer Flüssigkristallschicht ausgestattet ist, können beide aufgenommenen Objektfelder, die synchron mit der Bildschirmfrequenz abwechselnd auf dem Bildschirm erscheinen mit dem zugeordneten Auge betrachtet werden. Hierzu nimmt durch synchrone Abdunkelung der Brille das Bild bspw. des rechten Bildaufnahmesystems das rechte Auge und im nächsten Augenblick das des linken Bildaufnahmesystems das linke Auge wahr. Im Gehirn werden die visuellen Informationen bei entsprechend hoher Bildwiedergabefrequenz zu einem dreidimensionalen Bild verarbeitet. Somit kann ein dreidimensionales Bild nach dem vorgenannten "Ein-Monitor-Shutter-Prinzip" erzeugt werden. Durch Betrachten des Bildschirmes kann der Operateur ohne Anstrengung und augenermüdenden Benutzung von Durchblickendoskopen den Vorgang innerhalb eines Hohlraumes beobachten während er mit weiteren Werkzeugendoskopen arbeitet. Operationen werden dadurch erheblich erleichtert, in dem das dreidimensionale Abbild auf dem Monitor quasi einen direkten Blick durch die Bauchdecke ermöglicht.For example. can the video signals of the two image recording systems alternately 50 each times / sec on a monitor become. With such a monitor by means of infrared rays paired glasses to be considered with a liquid crystal layer is equipped both recorded object fields that are synchronous with the screen frequency alternately appear on the screen with the assigned eye to be viewed as. For this purpose, the Glasses the image, for example, the right image acquisition system the right one Eye and in the next Instant that of the left imaging system the left eye is true. In the brain, the visual information becomes correspondingly high Image playback frequency processed into a three-dimensional image. Consequently a three-dimensional image can be generated according to the aforementioned "one monitor shutter principle". By looking at the screen, the surgeon can effortlessly and eye tiring Using look-through endoscopes the process within a cavity watch during he works with other tool endoscopes. Operations thereby made considerably easier in which the three-dimensional image on the monitor a direct look through the abdominal wall allows.

Gemäß Anspruch 20 ist es vorgesehen, dass der distale Endbereich des Endoskops mit dem Festkörper-Bildaufnahmesystem für die Stereobetrachtung als vom Instrument lösbare Stereovideosonde ausgeführt ist, welche ein magnetisches Element enthält, durch das die Sonde z.B. unter Verwendung eines zweiten äußeren Magneten an, beispielsweise der Bauchdecke positionierbar und befestigbar ist. Hiermit wird es möglich Beobachtungspositionen einzunehmen, an die man mit einem einzigen Endoskopeinstich nicht hinkommt, ohne dabei weitere Einstiche vornehmen zu müssen. Ist erst einmal die Videosonde in das Körperinnere eingebracht und mittels eines äußeren Magneten unterhalb der bspw. Bauchdecke fixiert, so kann durch Verschieben des äußeren Magneten die Videosonde an fast beliebige Stellen unterhalb der Bauchdecke gebracht werden.According to claim 20 it is provided that the distal end region of the endoscope with the solid-state imaging system for the Stereo viewing is designed as a stereo video probe detachable from the instrument, which contains a magnetic element through which the probe e.g. using a second outer magnet on, for example, the abdominal wall can be positioned and fastened is. This makes it possible Take observation positions to which one can be observed Endoscope puncture does not get there without making further punctures to have to. Once the video probe is inserted into the inside of the body and by means of an external magnet fixed below the abdominal wall, for example, by moving of the outer magnet the video probe to almost any location below the abdominal wall to be brought.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:The The invention is described below with reference to exemplary embodiments described on the drawing as an example, to the rest of the Disclosure of all details according to the invention not explained in detail in the text is expressly referred to becomes. Show it:

1: in einem Hohlraum eingebrachtes Stereoendoskop mit 90° Abwinkelung des Endoskopschaftes, 1 : stereo endoscope inserted into a cavity with 90 ° angle of the endoscope shaft,

2a, b: Querschnittsdarstellung des erfindungsgemäßen Seitblickendoskopkopfes 2a . b : Cross-sectional view of the side view endoscope head according to the invention

3a; b: Seitenansicht eines Stereo-Seitblickendoskops mit zweifacher Ablenkung im distalen Bereich des Endoskopschaftes zur koaxialen Ausrichtung des Endoskopschaftes zur Endoskoplängsachse und 3a ; b : Side view of a stereo side view endoscope with double deflection in the distal area of the endoscope shaft for coaxial alignment of the endoscope shaft to the longitudinal axis and

4: Querschnittsdarstellung durch den distalen Endoskopbereich mit Geradeaus- und Seitblickoptik. 4 : Cross-sectional view through the distal endoscope area with straight and side view optics.

In 1 ist eine Querschnittsdarstellung abgebildet, die ein Stereoseitblickendoskop zeigt, das durch eine Trokarhülse (1) in das Innere eines menschlichen Hohlraumes durch die Bauchdecke (2) eingeführt ist. Nachdem der beweglich ausgebildete Teil des Endoskopschaftes (4) ganz aus der Trokarhülse (1) im Körperinneren herausragt, klappt der distale Bereich um etwa 90° zur Endoskoplängsachse um. Der Klappmechanismus kann bspw. durch in dem beweglichen Teil des Endoskopschaftes eingebrachte Erinnerungsmaterialien, mit thermischem oder mechanischem Gedächtnisvermögen ausgelöst werden. Ebenso können geeignet angebrachte Bowdenzüge im inneren des Endoskopschaftes die Umlenkung des distalen Bereichs bewirken.In 1 a cross-sectional representation is shown, which shows a stereo side-view endoscope which is passed through a trocar sleeve ( 1 ) into the interior of a human cavity through the abdominal wall ( 2 ) is introduced. After the moveable part of the endoscope shaft ( 4 ) entirely from the trocar sleeve ( 1 ) protrudes inside the body, the distal area folds about 90 ° to the longitudinal axis of the endoscope. The folding mechanism can be triggered, for example, by memory materials with thermal or mechanical memory inserted in the movable part of the endoscope shaft. Appropriately attached Bowden cables in the interior of the endoscope shaft can also deflect the distal area.

Die zur Stereobetrachtung erforderlichen Bildaufnahmesysteme bestehen aus einem Paar identisch ausgebildeter Bildlaufnehmer, die jeweils einen Festkörper-Bildsensor (5) aufweisen, vor den in Blickrichtung jeweils ein Objektiv (6) angebracht ist. Die Festkörper-Bildsensoren, sind auf einer gemeinsamen Leiterplatine (7) angeordnet, damit ungewollte De-Justierungen vermeidbar sind. Der Festkörper-Bildsensor (5) ist in aller Regel ein CCD-Array in Form eines Chips. Es können jedoch auch lichtempfindliche Sensorelemente verwand werden, sogenannte "Die-Elemente", die keine weiteren Gehäuseelemente aufweisen.The image recording systems required for stereo viewing consist of a pair of identically trained image sensors, each of which has a solid-state image sensor ( 5 ), in front of each one lens ( 6 ) is attached. The solid-state image sensors are on a common circuit board ( 7 ) arranged so that unwanted misalignments can be avoided. The solid-state image sensor ( 5 ) is usually a CCD array in the form of a chip. However, light-sensitive sensor elements can also be used, so-called "die elements", which have no further housing elements.

Die Festkörper-Bildsensoren sind in Achsrichtung des Endoskopschaftes hintereinander angeordnet, so dass die Möglichkeit der gegenseitigen Beabstandung in fast beliebigen Bereichen variierbar ist.The Solid-state image sensors are arranged one behind the other in the axial direction of the endoscope shaft, so the possibility mutual spacing can be varied in almost any area.

Durch die gegenseitige Überlappung beider Objektfelder die in der 1 als schraffierter Bereich dargestellt ist, ist eine räumliche Betrachtungsweise durch das Endoskop möglich.Due to the mutual overlap of both object fields in the 1 is shown as a hatched area, a spatial view through the endoscope is possible.

Wird das Endoskop an seinem starren Endoskopschaft (3) durch die Trokarhülse aus dem Hohlraum wieder entnommen, so richtet sich der verformbare Abschnitt (4) des distalen Bereichs des Endoskops wieder parallel zur Endoskopachse aus, so dass die in der 1 dargestellt Orientierung der Blickrichtung, die im ausgefahrenen Zustand des Endoskops koaxial zur Achse des starren Endoskopschaftes (3) verläuft, wieder in eine Seitblickrichtung zurückklappt. Durch Drehung des Endoskopschaftes um seine Längsachse ist es möglich noch bevor der Bildaufnahmekopf in der Trokarhülse (1) verschwindet, den gesamten Hohlraum in einem 360°-Schwenk zu beobachten.If the endoscope is attached to its rigid endoscope shaft ( 3 ) removed from the cavity through the trocar sleeve, the deformable section ( 4 ) of the distal area of the endoscope again parallel to the endoscope axis, so that the in the 1 shown orientation of the viewing direction, which is coaxial to the axis of the rigid endoscope shaft when the endoscope is extended ( 3 ) runs, folds back in a sideways view. By rotating the endoscope shaft around its longitudinal axis, it is possible even before the image recording head in the trocar sleeve ( 1 ) disappears, observing the entire cavity in a 360 ° swivel.

Unter Verwendung eines durchsichtigen Materials für die Trokarhülse 1 können mit dieser Vorrichtung auch Seitblick-Beobachtungen vorgenommen werden, gleichwohl der distale Bereich des Endoskops bereits vollkommen in der Trokarhülse steckt.Using a clear material for the trocar sleeve 1 With this device, side view observations can also be made, although the distal area of the endoscope is already completely in the trocar sleeve.

In 2a ist eine deutlichere Querschnittsdarstellung durch den distalen Bereich des Endoskops wiedergegeben.In 2a is a clearer cross-sectional view through the distal area of the endoscope.

Die parallel angeordneten Festkörper-Bildsensoren (5), sind auf einer gemeinsamen Leiterplatte (7) angeordnet. Den lichtempfindlichen Bildsensoren (5) gegenüberliegend sind jeweils Objektivlinsen (6) zugeordnet, die den Lichteinfall durch die Eintrittsfenster (10) entsprechend auf die lichtempfindlichen Bildsensoren (5) abbilden. Zur Beleuchtung der zu untersuchenden Objekte sind in Blickrichtung und symmetrisch zu den Bildaufnehmern Lichtleiterausgänge (8) vorgesehen, die für eine ausreichende Beleuchtung beider Objektfelder sorgen. Durch die Variation der Stereobasis Sb, kann der räumliche Eindruck verstärkt bzw. abgeschwächt werden. Hierzu sind die Bildaufnehmer bewegbar zueinander angeordnet.The parallel solid-state image sensors ( 5 ) are on a common circuit board ( 7 ) arranged. The light-sensitive image sensors ( 5 ) Opposite are objective lenses ( 6 ) associated with the incidence of light through the entrance window ( 10 ) accordingly on the light-sensitive image sensors ( 5 ) depict. To illuminate the objects to be examined, fiber optic outputs (in line of sight and symmetrical to the image sensors) 8th ) are provided, which ensure adequate lighting of both object fields. The spatial impression can be strengthened or weakened by varying the stereo base Sb. For this purpose, the image recorders are arranged to be movable relative to one another.

In 2b ist ähnlich zu 2a eine Querschnittsdarstellung wiedergegeben, bei der ein modifiziertes optisches System dargestellt ist, mit dem prinzipiell auch geringere Stereobasen realisierbar sind. Die Bezugsziffern sind an die vorgehenden Figuren angelehnt. Unter Verwendung von sogenannten Kantenprismen 9 können die Strahlenverläufe weitgehend verlustfrei umgelenkt werden, sodass bei fest eingestellter Beabstandung der Festkörper-Bildsensoren 5 eine von diesem Abstand abweichende Stereobasis Sb einstellbar ist. Ferner ist in der Anordnung der 2b ein Bildaufnehmer in Geradeausblick-Richtung angebracht.In 2 B is similar to 2a reproduced a cross-sectional view, in which a modified optical system is shown, with which in principle also smaller stereo bases can be realized. The reference numbers are based on the preceding figures. Using so-called edge prisms 9 the beam paths can be deflected largely loss-free, so that with fixed spacing of the solid-state image sensors 5 a stereo base Sb deviating from this distance can be set. Furthermore, the arrangement of 2 B an image sensor attached in the straight-ahead direction.

In 3a ist ein Seitenanblick eines Stereoendoskops dargestellt, dessen Blickrichtung parallel zur starren Endoskopachse nach zweimaliger Abwinkelung im verformbaren Teil des Endoskops, verläuft. Durch die beiden Biegebereiche (4), die jeweils gegenläufige Biegelinien aufweisen, kann der ursprünglich in Seitblickrichtung orientierte distale Bereich des Endoskops derart orientiert werden, dass die Blickrichtung durch das Bildaufnahmesystem parallel zur starren Endoskopachse verläuft und der Mittelpunkt der Stereobasis auf dieser liegt, so dass die Mittelachse des Stereo-Bildaufnahmesystems koaxial zur Verlängerung der Endoskopachse liegt. Abermals kann der quasi "S-förmige" Biegeverlauf im distalen Bereich des Endoskops durch farmgebende Materialien, die bspw. über ein Gedächtnisvermögen verfügen, hervorgerufen werden. Ebenso sind gesteuerte Biegekurven über Bowdenzüge oder steuerbare Gelenke erzielbar.In 3a a side view of a stereo endoscope is shown, the viewing direction of which runs parallel to the rigid endoscope axis after being bent twice in the deformable part of the endoscope. Through the two bending areas ( 4 ), which each have opposing bending lines, the distal area of the endoscope, which was originally oriented in the lateral view direction, can be oriented in such a way that the viewing direction through the image recording system runs parallel to the rigid endoscope axis and the center of the stereo base lies on it, so that the central axis of the stereo image recording system is coaxial to the extension of the endoscope axis. Once again, the quasi "S-shaped" bending curve in the distal area of the endoscope can be caused by farm-giving materials that have, for example, memory. Controlled bending curves can also be achieved via Bowden cables or controllable joints.

Das Einbringen des an sich nicht geradlinigen Endoskopkopfes erfolgt ebenfalls mit Hilfe einer Trokarhülse (1), die während des Einführvorgangs in einen Hohlraum eine geradlinige Formgebung des Endoskopschaftes erzwingt (siehe hierzu 3b). Tritt der distale Bereich in Vorschubrichtung aus der Trokarhülse heraus, so nimmt der distale Bereich automatisch seine vorgegebene Form in der beschriebenen Weise ein.The endoscope head, which is not straight per se, is also inserted using a trocar sleeve ( 1 ), which forces the endoscope shaft to be shaped in a straight line during the insertion process (see here 3b ). If the distal area emerges from the trocar sleeve in the advancing direction, the distal area automatically assumes its predetermined shape in the manner described.

Als weitere besondere Ausführungsform sind in beiden der vorgenannten Endoskopen Führungskanäle vorgesehen, durch die insbesondere im abgewinkelten Zustand der distalen Bereiche Werkzeuge in den Beobachtungsbereich einbringbar sind (nicht dargestellt). Hiermit kann mit nur einem Endoskopeingriff sowohl eine räumliche Beobachtung als auch Manipulationen mit geeigneten Werkzeugen vorgenommen werden.As further special embodiment guide channels are provided in both of the aforementioned endoscopes, through which in particular tools in the angled state of the distal areas Observation area can be introduced (not shown). Herewith can be both spatial with just one endoscope intervention Observation as well as manipulations made with suitable tools become.

Es ist jedoch auch denkbar, dass eine Vielzahl von Bildaufnahme Systemen in dem distalen Bereich des Endoskopschaftes vorgesehen werden können. Als besonders geeignete Ausführungsform zeigt die 4 neben den Bildaufnehmern in der Seitblickrichtung ein zusätzlicher Bildaufnehmer in der Geradeaus-Blick-Richtung, so dass eine simultane Beobachtung in beiden Blickrichtungen möglich ist.However, it is also conceivable that a large number of image recording systems can be provided in the distal region of the endoscope shaft. As a particularly suitable embodiment, the 4 in addition to the image sensors in the side-gaze direction, an additional image sensor in the straight-ahead gaze direction, so that simultaneous observation in both gaze directions is possible.

Durch einen Strahlteiler 9 in Form eines quaderförmigen Kantenprismas sind zwei im rechten Winkel zueinander stehende Festkörper-Bildsensoren 5' und 5'' synchron mit dem Abbild der jeweiligen Objektfelder mittels der zugehörigen Objektive 6' und 6'' zu beaufschlagen. Zu den einzelnen Bildaufnahmesystemen, die in 4 nur im Querschnitt dargestellt sind, sind in nebeneinanderangeordneter Weise weitere Bildaufnahmesysteme in der gleichen 90°-Anordnung zu denken.Through a beam splitter 9 in the form of a cuboidal edge prism are two solid-state image sensors at right angles to one another 5 ' and 5 '' synchronized with the image of the respective object fields using the associated lenses 6 ' and 6 '' to act upon. To the individual image recording systems that are in 4 are only shown in cross section, further imaging systems in the same 90 ° arrangement are to be thought of in a manner arranged side by side.

Claims

Endoscope with an endoscope shaft, at the distal end of which a solid-state image recording system is arranged, which is designed like a side view optic and which has at least two image recorders for stereo observation, characterized in that the endoscope shaft can be angled in the distal region in such a way that the viewing direction of the solid body Imaging system or at least one image sensor is approximately parallel to the axis of the proximal part of the endoscope shaft and that the endoscope shaft in the distal area is movable such that the center of the stereo base falls on the axis of the proximal part of the endoscope shaft and that the image sensor in the distal area of the endoscope are arranged one behind the other axially to the longitudinal axis of the distal angled region.

Endoscope according to claim 1, characterized in that the solid-state imaging system two Has image recorders for stereo viewing such that the optical Axes of the two image recorders to one another an angle of convergence have, so that the object fields recorded from two viewing directions nearly are identical.

Endoscope according to one of claims 1 or 2, characterized in that that the image sensor has a solid-state image sensor and imaging optics.

Endoscope according to one of claims 2 or 3, characterized in that that the angle of convergence between the image recorders by controllable micro-actuators is adjustable.

Endoscope according to claim 4, characterized in that the controllable micro-actuators the position of the imaging optics of an image sensor.

Endoscope according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the distal area of the endoscope shaft light guide exits in the direction of view has, which are arranged symmetrically to the image recorders and illuminate the object field.

Endoscope according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least in the endoscope shaft in the distal area a structural unit is provided, which is a discrete, predeterminable shape of the endoscope shaft determined in the distal region in the angled state, and that while of the insertion process of the endoscope using an elongated trocar the entire endoscope shaft assumes an elongated shape.

Endoscope according to claim 7, characterized in that the unit for angling the endoscope shaft in the distal Area consists of a material with thermal or mechanical memory.

Endoscope according to claim 7, characterized in that the angling of the endoscope shaft in the distal area via Bowden cables or controllable joints.

Endoscope according to one of claims 3 to 9, characterized in that that the solid-state image sensors are mechanically connected.

Endoscope according to one of claims 3 to 10, characterized in that that the solid-state image sensors the image recorders are mounted on a single circuit board.

Endoscope according to claim 11, characterized in that the solid-state image sensors solid-state imaging elements, For example, semiconductor chips (Die) or CCD arrays that are on a single ceramic support are upset.

Endoscope according to one of claims 1 to 12, characterized in that that the mutual distance and thus the stereo basis of the image recorders variable is.

Endoscope according to one of claims 1 to 13, characterized in that that in the endoscope shaft in the distal area an additional one Image sensor is provided in the straight view direction.

Endoscope according to one of claims 3 to 14, characterized in that the solid per-image sensors for capturing and reading out the image information require several clock signals and supply voltages as input signals and deliver at least one output signal which contains the image information.

Endoscope according to one of claims 3 to 15, characterized in that the input signals for two or more solid-state image sensors identical are, so for more than one sensor the number of signal lines for input signals from the proximal supply unit to the distal instrument tip remains constant.

Endoscope according to one of claims 3 to 16, characterized in that that per solid-state image sensor one output signal line each for image information transmission distal to further processing on the proximal side is necessary.

Endoscope according to one of claims 3 to 17, characterized in that an electronic processing unit for reading out the solid-state image sensors required clock signals in the endoscope shaft in the distal area is provided.

Endoscope according to claim 18, characterized in that the processing unit the common clock signals for two or more solid-state image sensors prepared and provided together.

Endoscope according to one of claims 1 to 19, characterized in that that the distal end portion of the endoscope with the solid-state imaging system for the Stereo viewing is designed as a stereo video probe detachable from the instrument, which contains a magnetic element through which the probe e.g. using a second outer magnet Can be positioned and attached to the abdominal wall, for example is.

Endoscope according to claim 20, characterized in that the stereo video probe has a proximal control, processing, and display unit is connected, so that the control unit provides the supplies and the clocks for reading out the image recorders, the processing unit the two-channel processing of Image signals from the two image sensors of the stereo endoscope and the Processing of the video signals for stereo display takes over and the display unit based on the one monitor / shutter principle or the two-monitor principle, the stereoscopic representation allows.