WO2017190955A1 - Endoskopiesystem, endoskop und kamerakopf - Google Patents

Endoskopiesystem, endoskop und kamerakopf Download PDF

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endoscopy system
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camera head
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Definitions

  • Endoscopy system Endoscopy system, endoscope and camera head
  • the invention relates to an endoscopy system having an endoscope, comprising a lens, an eyepiece, an optical transmission system for transmitting an image from the objective to the eyepiece and an eyepiece-side first coupling device for coupling the endoscope to a camera head; and a camera head having an image converter for
  • Endoscope comprises at least one electrical load and the camera head least an electrical supply unit for supplying the electrical
  • Endoscopy system with a camera head and an endoscope, which has a plurality of integrated light sources.
  • the supply of these light sources takes place by galvanic or wireless energy transfer from the camera head.
  • a wireless energy transfer between camera head and endoscope usually has a low efficiency. As a result, either only a small amount of electrical power is available or the camera head and / or endoscope heat up during the wireless transmission, which is undesirable.
  • an endoscopy system having an endoscope, comprising an objective, an eyepiece, an optical transmission system for transmitting an image from the objective to the eyepiece and an eyepiece-side first
  • Coupling device for coupling the endoscope to a camera head
  • a camera head comprising an imager for converting an image delivered by the eyepiece into an electronic signal and a second coupling device for coupling the camera head to an endoscope; wherein the endoscope at least one electrical
  • the camera head least an electrical supply unit for Supplying the electrical load includes; which is further formed by that in the second coupling device transmitting means for wireless transmission of electrical energy are arranged, and that in the first coupling device
  • Receiving means for wireless recording of electrical energy are arranged.
  • the arrangement of the transmitting and receiving means for wireless transmission or recording electrical energy in the first and second coupling device of the wireless energy transfer to be bridged distance is significantly reduced, thereby increasing the achievable efficiency of energy transfer significantly. It is thus made possible by the invention to supply an electrical load in an endoscope enough electrical energy without the endoscope or the
  • Endoscopy system can be used together with a sterile disposable cover for the endoscope, without the energy transfer is disturbed.
  • the first coupling device preferably comprises an eyepiece funnel of the endoscope.
  • the second coupling device comprises a Okulartrichter charged the camera head.
  • Endoscopy system according to the invention are coupled to each other as well as conventional endoscopy systems in which no electrical energy transfer between the camera head and endoscope is provided. This can be additional
  • the transmitting means and / or the receiving means comprise a coil.
  • the electrical energy is transmitted inductively, this transfer is particularly effective.
  • the coil is designed in a possible embodiment of the invention so that all windings of the coil are arranged in a common plane.
  • the outer diameter of the coil is at least ten times the length of the coil. Under the outer diameter of the coil is in the context of the invention, the double distance of the outermost winding of the coil to
  • Winding axis of the coil understood. Under the length of the coil is in the sense of
  • the Invention understood the extension of the coil in the direction of the winding axis.
  • the coils require little space in the direction of the winding axis.
  • the coils can be integrated into the endoscopy system, without the distance between the eyepiece and image converter is significantly increased. A modification of an optical system of the endoscope can therefore be omitted.
  • the Coil can be integrated into the eyepiece funnel of a known endoscope or in the eyepiece of a known camera head, without disturbing the mechanical coupling and the optical path of the endoscopy system.
  • the inductance of the coil is in an embodiment of the invention at least 5 ⁇ , preferably at least 6 ⁇ . This inductance enables efficient energy transfer.
  • Supply unit means for converting a low-frequency
  • Alternating frequency of the public power supply network of 50-100Hz is.
  • the frequency of the energy transmission signal may be, for example, 110 to 205 kHz.
  • Under a low-frequency supply voltage signal is in the context of the invention
  • Supply voltage signal understood, which is a DC voltage or its frequency is not or not significantly above the frequency of the public
  • Power supply network of 50-100Hz.
  • the frequency of the energy reception signal corresponds to an inductive energy transmission of the frequency of the energy transmission signal.
  • the electrical load in one embodiment of the invention comprises means for converting a high frequency power reception signal to a low frequency one
  • the electrical load can comprise a light source, in particular a light-emitting diode.
  • the electrical load a heating element, in particular a
  • Objective window heating include.
  • the endoscopy system comprises a further endoscope, wherein the further endoscope comprises a third coupling device which has no receiving means, and wherein the second coupling device can be selectively coupled to the first coupling device or to the third coupling device.
  • Fig. 1 An endoscopy system according to the prior art in a schematic representation
  • Fig. 3 The structure of an endoscopy system according to an embodiment of the invention
  • Fig. 4 The basic structure of a wireless electrical supply
  • Fig. 5a, 5b A coil of an endoscopy system according to the invention
  • FIG 6 shows an endoscopy system according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a conventional endoscopy system 1.
  • the endoscope system 1 comprises an endoscope 2 and a camera head 3.
  • the endoscope 2 serves to guide an image of an anatomical structure 4 on the optical path to the camera head 3, which converts it into a video signal.
  • the video signal is transmitted by means of a line 5 to a camera control unit 6.
  • the camera control unit 6 the video signal is processed for display on a monitor 7.
  • the anatomical structure 4 is usually located in a body cavity of a patient.
  • a cold light source 8 is provided, the light of which is supplied to the endoscope 2 via a light guide cable 9 and emitted by the endoscope 2 in the direction of the anatomical structure 4.
  • Endoscope 2 arranged light source to replace. For this purpose, however, it is necessary to supply the endoscope 2 with electrical energy.
  • Another disadvantage of the endoscopy system 1 is that the endoscope during
  • Insertion into a warm and moist body cavity of a patient can fog.
  • the endoscope 2 consists of a main body 10 and a shaft tube 11. At the distal end of the shaft tube 11, an objective 12 is arranged behind a lens window 13. Over the length of the shaft tube 11, an optical image conductor 14 is arranged in the endoscope 2, which is a relay system in the example shown. Alternatively, rigid or flexible fiber-image conductors can also be used here. Lens 12 and image guide 14 are arranged in an inner tube 15 of the endoscope, which is referred to as a fiber tube becomes.
  • optical fibers 16 are arranged, via which illumination light is guided by a light guide neck 17 to the distal end of the shaft tube 11 and emitted there.
  • the light guide cable 9 not shown here, can be connected.
  • the fiber tube 15 protrudes into the main body 10 of the endoscope 2.
  • an eyepiece 18 is arranged behind an eyepiece window 19.
  • the eyepiece 18 is held by an eyepiece tube 20.
  • an eyepiece hopper 21 is further arranged on the main body 10.
  • the ocular funnel 21 may be placed directly on his eye by a user of the endoscope to view a virtual image produced by the eyepiece 18.
  • a camera head 3 is placed on the Okulartrichter 21.
  • the camera head 3 serves to convert the virtual image generated by the eyepiece 18 into a video image.
  • the camera head 3 has a housing 22, in which a camera lens 24 and an image converter 25 are arranged behind a camera window 23.
  • the video signals generated by the image converter 25 are controlled by an electronic control 26th
  • the camera head 3 has an eyepiece holder 27, which can be detachably coupled to the eyepiece funnel 21 of the endoscope 3.
  • eyepiece holder 27 has an axial stop surface 28 and a radial stop surface 29.
  • fixing means which are, for example, a clamping mechanism, a screw or a
  • FIG. 3 shows the internal structure of an endoscopy system 101 according to the invention.
  • the endoscopy system 101 includes an endoscope 102 and a camera head 103.
  • the endoscope 102 in turn consists of a main body 110 and a shaft tube 111. At the distal end of the shaft tube 111, an objective 112 is arranged behind a lens window 113. Over the length of the shaft tube 111, an optical image conductor 114 is arranged in the endoscope 102, which can be designed in accordance with the image conductor 1 of the endoscope 2 in FIG. Lens 112 and image guide 114 are again in a fiber tube
  • optical fibers Between the fiber tube 115 and the shaft tube 111 are optical fibers
  • the optical fibers 116 terminate proximally in front of a light emitting diode 130, which replaces an external cold light source 8.
  • the LED is powered and controlled by a lighting controller 131.
  • an eyepiece 118 is disposed behind an eyepiece window 119.
  • the eyepiece 118 is held by an eyepiece tube 120.
  • an eyepiece funnel 121 is arranged on the main body 110.
  • a heating device 132 is arranged, which heats the lens 112 and in particular the lens window 113 and thus prevents disturbing condensation on the lens window 113.
  • the heater 132 which may, for example, be a self-regulating resistance heater, is connected via a line 133 routed along the fiber tube 115 to a heater controller 134, from which it is supplied and controlled.
  • the Okulartrichter 121 has proximally an annular planar contact surface 135. Close to the contact surface 135, a coil 136 is arranged in the Okulartrichter. The coil 136 is connected to a first transducer 137, which in turn with the
  • Lighting control 131 and the heating control 134 is connected.
  • the camera head 103 in turn has a housing 122 in which behind a
  • Camera window 123 a camera lens 124 is arranged. Behind the camera lens, an image converter 125 with associated control electronics 126 is arranged, which can be connected by means of a line 105 with a camera control unit, not shown here.
  • the camera head 103 furthermore has an eyepiece holder socket 127 with an axial contact surface 128 and a radial contact surface 129.
  • a coil 138 is disposed near the axial abutment surface 128, which is connected to a second transducer 139.
  • the second converter is connected to the line 105.
  • the endoscope 102 has two electrical consumers.
  • the endoscope can also have only one or even more than two electrical consumers. It may also be other consumers than the illustrated light source 130 or heater 132. Come here
  • additional sensors such as temperature or acceleration sensors or therapeutic devices such as lithotripters, lasers or similar devices into consideration.
  • Endoscopy system according to the invention shown. It comprises the first converter 137 and the second converter 139.
  • the second converter 139 is supplied with a supply voltage via a line 201.
  • the supply voltage for the control electronics 126 of the image converter 125 can be used.
  • Supply voltage is stabilized in a first voltage control 202 and possibly on regulated the required voltage value such as 5V.
  • a MAX17502 device from Maxim Integrated Products combined with a TLV70033 device from Texas Instruments can be used as the voltage controller.
  • the stabilized supply voltage is then provided to a signal generator 203, which generates a high frequency energy transfer signal which is then fed to the coil 138.
  • the energy transfer signal can be a simple
  • the signal generator 203 may include, for example, a BQ500212 Texas Instruments device and a
  • Signal amplifier include.
  • the coil 138 generates an electromagnetic alternating field, which is collected by the coil 136 and converted into a high-frequency voltage signal and transmitted to the first converter 137.
  • the converter 137 in turn comprises a signal receiver 204, which converts the high-frequency voltage signal into a DC voltage.
  • the signal receiver 204 may include a rectifier. Using the Qj standard, the signal receiver may include a BQ51013B Texas Instruments device.
  • the DC voltage provided by the signal receiver 204 is in a second
  • Voltage control 205 in turn stabilized and, if necessary, regulated to a required by connected loads 131, 134 voltage value, for example, 20V.
  • a TPS61170DRV device from Texas Instruments can be used for this purpose.
  • the energy transfer between the coils 136 and 138 may be resonant.
  • the coils 136 and 138 are each incorporated in resonant circuits which have the same natural frequency. In this mode of operation, a particularly high energy transfer efficiency can be achieved.
  • FIGS. 5a and 5b show the coil 136.
  • Figure 5a shows the coil in a view perpendicular to its winding axis. In the center of the coil 136, this has a free inner diameter 301 of at least 10 mm, and preferably at least 12 mm. Through this free inner diameter of the image beam path of the endoscopy system 101 can pass undisturbed.
  • the windings of the coil wire 302 close to the inner diameter 301 close to each other.
  • the coil 136 has an outer diameter 303 of at most 50 mm, preferably at most 44 mm and thus fits into the contact surface 135 of the Okulartrichters 121.
  • the inductance of the coil is about 6.3 ⁇ .
  • the coil 136 is shown in a view transverse to its winding axis. It can be seen that all windings of the coil 136 lie in one plane. Through this single-layer winding of the coil 136, this is very flat and thus requires little overall length. Of the
  • Outer diameter 303 of the coil 136 is preferably at least ten times its length.
  • the coil 138 corresponds in its structure to the coil 136 and is therefore not shown separately.
  • FIG. 6 schematically shows another endoscopy system 401. This
  • Endoscopy system 401 comprises a camera head 103, as described above with reference to FIG. 3.
  • the endoscopy system 401 includes endoscopes 102 and 102 ', which are also described with reference to FIG. 3.
  • the endoscopes 102, 102 ' may have different optical properties, e.g. different viewing directions, as indicated by the arrows 402, 403.
  • the endoscopy system 401 further includes endoscopes 2 and 2 ', which are constructed according to the description of Figure 2, so have no electrical consumers.
  • the endoscopes 2, 2 ' may also have different viewing directions, as indicated by arrows 404, 405.
  • the endoscopy system 401 is designed such that both the endoscopes 102, 102 'and the endoscopes 2, 2' can be connected to the camera head 103.
  • the ocular funnels of the endoscopes have the same dimensions.
  • the first transducer 139 in the camera head 103 recognizes, using the Qj standard, that there is no second transducer 136 and disables the energy transfer.
  • the endoscopy system 401 may then be used as a conventional endoscopy system. However, if an endoscope 102 or 102 'is connected, this is likewise detected by the transducer 139 and the energy transmission is activated.
  • the user of the endoscopy system 401 can thus use different endoscopes 2, 2 ', 102, 102' with the camera head 103.
  • the endoscopy system 401 is therefore particularly flexible and can also be used together with conventional endoscopes 2, 2 '.
  • the user can therefore continue to use existing endoscopes.

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Abstract

Es wird ein Endoskopiesystem bereitgestellt mit einem Endoskop (102), aufweisend ein Objektiv (112), ein Okular (118), ein optisches Übertragungssystem (114) zum Übertragen eines Bildes vom Objektiv (112) zum Okular (118) und eine okularseitige erste Kopplungsvorrichtung zum Koppeln des Endoskops (102) an einen Kamerakopf; und einem Kamerakopf (103), aufweisend einen Bildwandler (125) zum Umwandeln eines vom Okular (118) gelieferten Bildes in ein elektronisches Signal und eine zweite Kopplungsvorrichtung zum Koppeln des Kamerakopfes (103) an ein Endoskop; wobei das Endoskop wenigstens einen elektrischen Verbraucher (130,131,132,134,137) umfasst und der Kamerakopf wenigsten eine elektrische Versorgungseinheit (139) zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers (130,131,132,134,137) umfasst. Das Endoskopiesystem ist dadurch weitergebildet, dass in der zweiten Kopplungsvorrichtung Sendemittel zur drahtlosen Übertragung elektrischer Energie angeordnet sind, und dass in der ersten Kopplungsvorrichtung Empfangsmittel zur drahtlosen Aufnahme elektrischer Energie angeordnet sind. Ferner werden ein Kamerakopf und ein Endoskop eines entsprechenden Endoskopiesystems bereitgestellt.

Description

Endoskopiesystem, Endoskop und Kamerakopf
Die Erfindung betrifft ein Endoskopiesystem mit einem Endoskop, aufweisend ein Objektiv, ein Okular, ein optisches Übertragungssystem zum Übertragen eines Bildes vom Objektiv zum Okular und eine okularseitige erste Kopplungsvorrichtung zum Koppeln des Endoskops an einen Kamerakopf; und einem Kamerakopf, aufweisend einen Bildwandler zum
Umwandeln eines vom Okular gelieferten Bildes in ein elektronisches Signal und eine zweite Kopplungsvorrichtung zum Koppeln des Kamerakopfes an ein Endoskop; wobei das
Endoskop wenigstens einen elektrischen Verbraucher umfasst und der Kamerakopf wenigsten eine elektrische Versorgungseinheit zur Versorgung des elektrischen
Verbrauchers umfasst.
Solche Endoskopiesysteme sind prinzipiell bekannt. So zeigt z.B. die US7668450 ein
Endoskopiesystem mit einem Kamerakopf und einem Endoskop, welches mehrere integrierte Lichtquellen aufweist. Die Versorgung dieser Lichtquellen erfolgt durch galvanische oder drahtlose Energieübertragung aus dem Kamerakopf.
Bei der galvanischen Energieübertragung treten verschiedene Schwierigkeiten auf. So besteht zum Beispiel bei der Verwendung leitfähiger Spülflüssigkeiten während der
Verwendung des Endoskopiesystems die Gefahr, dass es zu einem Kurzschluss der
Energieversorgung kommt und daher die elektrischen Verbraucher im Endoskop nicht mehr versorgt werden. Wenn es sich bei den Verbrauchern um Lichtquellen handelt, kann der Verwender des Systems die Orientierung im Operationsfeld verlieren, was zu einer
Patientengefährdung führt. Ebenso kann bei der Verwendung eines sterilen Einmalüberzugs für das Endoskop zur Verringerung der Infektionsgefahr eine galvanische
Energieübertragung nicht erfolgen.
Eine drahtlose Energieübertragung zwischen Kamerakopf und Endoskop weist in der Regel einen geringen Wirkungsgrad auf. Dies führt dazu, dass entweder nur eine geringe elektrische Leistung zur Verfügung steht, oder dass sich Kamerakopf und/oder Endoskop bei der drahtlosen Übertragung erwärmen, was wiederum unerwünscht ist.
Es besteht daher die Aufgabe der Erfindung darin, ein Endoskopiesystem bereitzustellen, was hinsichtlich der elektrischen Versorgung von in dem Endoskop angeordneten
elektrischen Verbrauchern verbessert ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Endoskopiesystem mit einem Endoskop, aufweisend ein Objektiv, ein Okular, ein optisches Übertragungssystem zum Übertragen eines Bildes vom Objektiv zum Okular und eine okularseitige erste
Kopplungsvorrichtung zum Koppeln des Endoskops an einen Kamerakopf; und einem
Kamerakopf, aufweisend einen Bildwandler zum Umwandeln eines vom Okular gelieferten Bildes in ein elektronisches Signal und eine zweite Kopplungsvorrichtung zum Koppeln des Kamerakopfes an ein Endoskop; wobei das Endoskop wenigstens einen elektrischen
Verbraucher umfasst und der Kamerakopf wenigsten eine elektrische Versorgungseinheit zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers umfasst; welches dadurch weiter gebildet ist, dass in der zweiten Kopplungsvorrichtung Sendemittel zur drahtlosen Übertragung elektrischer Energie angeordnet sind, und dass in der ersten Kopplungsvorrichtung
Empfangsmittel zur drahtlosen Aufnahme elektrischer Energie angeordnet sind.
Durch die Anordnung der Sende- und Empfangsmittel zur drahtlosen Übertragung bzw. Aufnahme elektrischer Energie in der ersten bzw. zweiten Kopplungsvorrichtung wird der durch die drahtlose Energieübertragung zu überbrückende Abstand deutlich reduziert, wodurch sich der erreichbare Wirkungsgrad der Energieübertragung deutlich erhöht. Es wird somit durch die Erfindung ermöglicht, einem elektrischen Verbraucher in einem Endoskop genügend elektrische Energie zuzuführen, ohne dass sich das Endoskop oder der
Kamerakopf nennenswert erwärmen. Gleichzeitig kann das erfindungsgemäße
Endoskopiesystem zusammen mit einem sterilen Einmalüberzug für das Endoskop verwendet werden, ohne dass die Energieübertragung gestört wird.
Bevorzugt umfasst die erste Kopplungsvorrichtung einen Okulartrichter des Endoskops. Besonders bevorzugt umfasst die zweite Kopplungsvorrichtung eine Okulartrichterfassung des Kamerakopfes. Durch diese Ausgestaltung können die Komponenten des
erfindungsgemäßen Endoskopiesystems genauso miteinander gekoppelt werden wie herkömmliche Endoskopiesysteme, bei denen keine elektrische Energieübertragung zwischen Kamerakopf und Endoskop vorgesehen ist. Dadurch kann zusätzlicher
Schulungsaufwand vermieden werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Sendemittel und/oder die Empfangsmittel eine Spule. Mittels einer Spule wird die elektrische Energie induktiv übertragen, diese Übertragung ist besonders effektiv.
Die Spule ist in einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung so ausgeführt, dass alle Wicklungen der Spule in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. In einer möglichen Ausführung der Erfindung entspricht der Außendurchmesser der Spule dabei wenigstens dem Zehnfachen der Länge der Spule. Unter dem Außendurchmesser der Spule wird dabei im Sinne der Erfindung der doppelte Abstand der äußersten Wicklung der Spule zur
Wicklungsachse der Spule verstanden. Unter der Länge der Spule wird im Sinne der
Erfindung die Erstreckung der Spule in Richtung der Wicklungsachse verstanden. Durch eine entsprechende Ausführung der Spule bzw. der Spulen benötigen die Spulen wenig Bauraum in Richtung Wicklungsachse. Bei Ausrichtung der Wicklungsachse in Richtung einer optischen Achse des Endoskopiesystems können die Spulen in das Endoskopiesystem integriert werden, ohne dass der Abstand zwischen Okular und Bildwandler nennenswert vergrößert wird. Eine Modifikation eines optischen Systems des Endoskops kann daher entfallen.
Wenn die Spule gemäß einer besonderen Ausführung der Erfindung einen
Außendurchmesser von höchstens 50mm, bevorzugt höchstens 44mm, und einen freien Innendurchmesser von wenigstens 10mm, bevorzugt wenigstens 12mm, aufweist, kann die Spule in den Okulartrichter eines bekannten Endoskops bzw. in die Okularfassung eines bekannten Kamerakopfes integriert werden, ohne die mechanische Kopplung und den optischen Strahlengang des Endoskopiesystems zu stören.
Die Induktivität der Spule beträgt in einer Ausführung der Erfindung wenigstens 5μΗ, bevorzugt wenigstens 6μΗ. Diese Induktivität ermöglicht eine effiziente Energieübertragung.
Da für die induktive Energieübertragung ein hochfrequentes Energieübertragungssignal benötigt wird umfasst gemäß einer Ausführung der Erfindung die elektrische
Versorgungseinheit Mittel zum Umwandeln eines niederfrequenten
Versorgungsspannungssignals in ein hochfrequentes Energieübertragungssignal. Unter einem hochfrequenten Energieübertragungssignal wird im Sinne der Erfindung ein
Energieübertragungssignal mit einer Frequenz verstanden, die deutlich über der
Wechselfrequenz des öffentlichen Stromversorgungsnetzes von 50-100Hz liegt. Die Frequenz des Energieübertragungssignals kann beispielsweise 110 bis 205 kHz betragen. Unter einem niederfrequenten Versorgungsspannungssignal wird im Sinne der Erfindung ein
Versorgungsspannungssignal verstanden, welches eine Gleichspannung ist oder dessen Frequenz nicht oder nicht wesentlich über der Wechselfrequenz des öffentlichen
Stromversorgungsnetzes von 50-100Hz liegt.
Funktionsbedingt entspricht die Frequenz des Energieempfangssignals einer induktiven Energieübertragung der Frequenz des Energieübertragungssignals. Da übliche elektrische Verbraucher jedoch ein niederfrequentes Verbrauchsspannungssignal benötigen, umfasst der elektrische Verbraucher in einer Ausführung der Erfindung Mittel zum Umwandeln eines hochfrequenten Energieempfangssignals in ein niederfrequentes
Verbrauchsspannungssignal.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der elektrische Verbraucher eine Lichtquelle, insbesondere eine Leuchtdiode, umfassen. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann der elektrische Verbraucher ein Heizelement, insbesondere eine
Objektivfensterheizung, umfassen.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Endoskopiesystem ein weiteres Endoskop, wobei das weitere Endoskop eine dritte Kopplungsvorrichtung umfasst, welche keine Empfangsmittel aufweist, und wobei die zweite Kopplungsvorrichtung wahlweise mit der ersten Kopplungsvorrichtung oder mit der dritten Kopplungsvorrichtung koppelbar ist. Dies ermöglicht einen besonders flexiblen Einsatz des erfindungsgemäßen Endoskopiesystems.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Endoskop und/oder einen Kamerakopf eines Endoskopiesystems, welches gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt ist. Bezüglich der dadurch erreichbaren Vorteile wird ausdrücklich auf die obigen Ausführungen verwiesen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand einiger beispielhafter Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: Ein Endoskopiesystem gemäß Stand der Technik in schematischer Darstellung;
Fig. 2: Den Aufbau eines Endoskopiesystems gemäß Stand der Technik;
Fig. 3: Den Aufbau eines Endoskopiesystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 4: Den prinzipiellen Aufbau einer drahtlosen elektrischen Versorgung;
Fig. 5a, 5b: Eine Spule eines Endoskopiesystems gemäß der Erfindung;
Fig. 6: Ein Endoskopiesystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In Figur 1 ist ein herkömmliches Endoskopiesystem 1 dargestellt. Das Endoskopiesystem 1 umfasst ein Endoskop 2 sowie einen Kamerakopf 3. Das Endoskop 2 dient dazu, ein Bild von einer anatomischen Struktur 4 auf optischem Weg zu dem Kamerakopf 3 zu leiten, welcher es in ein Videosignal umwandelt. Das Videosignal wird mittels einer Leitung 5 an eine Kamerakontrolleinheit 6 übertragen. In der Kamerakontrolleinheit 6 wird das Videosignal zur Darstellung auf einem Monitor 7 aufbereitet. Die anatomische Struktur 4 befindet sich gewöhnlich in einer Körperhöhle eines Patienten. Um für die Beobachtung ausreichend Licht bereitzustellen ist eine Kaltlichtquelle 8 vorgesehen, deren Licht über ein Lichtleitkabel 9 dem Endoskop 2 zugeleitet und von dem Endoskop 2 in Richtung der anatomischen Struktur 4 abgestrahlt wird.
Entsprechende herkömmliche Endoskopiesysteme sind weit verbreitet. Sie weisen jedoch auch einige Nachteile auf. So ist beispielsweise das Lichtleitkabel 9 schwer und unhandlich, so dass ein Verwender des Endoskopiesystems 1 in seiner Bewegungsfreiheit gestört werden kann. Es wurde daher gelegentlich vorgeschlagen, die Kaltlichtquelle 8 durch eine im
Endoskop 2 angeordnete Lichtquelle zu ersetzen. Hierfür ist es jedoch erforderlich, dem Endoskop 2 elektrische Energie zuzuführen.
Als weiterer Nachteil des Endoskopiesystems 1 ist bekannt, dass das Endoskop beim
Einführen in eine warme und feuchte Körperhöhle eines Patienten beschlagen kann.
Dadurch wird die Sicht eines Verwenders des Endoskopiesystems 1 gestört. Es wurde daher vorgeschlagen, eine elektrische Heizung für ein Frontfenster des Endoskops 2 vorzusehen, um dessen Beschlagen zu verhindern. Dies erfordert wiederum die Zuführung von elektrischer Energie zu dem Endoskop 2.
In Figur 2 ist der innere Aufbau des Endoskops 2 und des Kamerakopfes 3 prinzipiell dargestellt, soweit er für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Das Endoskop 2 besteht aus einem Hauptkörper 10 sowie einem Schaftrohr 11. Am distalen Ende des Schaftrohrs 11 ist ein Objektiv 12 hinter einem Objektivfenster 13 angeordnet. Über die Länge des Schaftrohrs 11 ist in dem Endoskop 2 ein optischer Bildleiter 14 angeordnet, bei dem es sich im dargestellten Beispiel um ein Relay-System handelt. Alternativ können hier auch starre oder flexible Faserbildleiter zum Einsatz kommen. Objektiv 12 und Bildleiter 14 sind in einem inneren Rohr 15 des Endoskops angeordnet, welches als Faserrohr bezeichnet wird. Zwischen dem Faserrohr 15 und dem Schaftrohr 11 sind Lichtleitfasern 16 angeordnet, über welche Beleuchtungslicht von einem Lichtleiterstutzen 17 zum distalen Ende des Schaftrohres 11 geleitet und dort abgestrahlt wird. An den Lichtleiterstutzen 17 kann das hier nicht dargestellte Lichtleitkabel 9 angeschlossen werden.
Das Faserrohr 15 ragt bis in den Hauptkörper 10 des Endoskops 2. Am proximalen Ende des Hauptkörpers 10 ist ein Okular 18 hinter einem Okularfenster 19 angeordnet. Das Okular 18 wird durch ein Okularrohr 20 gehalten.
Am Hauptkörper 10 ist weiterhin ein Okulartrichter 21 angeordnet. Den Okulartrichter 21 kann ein Verwender des Endoskops direkt auf sein Auge aufsetzen, um ein von dem Okular 18 erzeugtes virtuelles Bild zu betrachten. Üblicherweise wird jedoch auf den Okulartrichter 21 ein Kamerakopf 3 aufgesetzt.
Der Kamerakopf 3 dient dazu, das von dem Okular 18 erzeugte virtuelle Bild in ein Videobild umzuwandeln. Dazu weist der Kamerakopf 3 ein Gehäuse 22 auf, in welchem hinter einem Kamerafenster 23 ein Kameraobjektiv 24 und ein Bildwandler 25 angeordnet sind. Die vom Bildwandler 25 erzeugten Videosignale werden durch eine Kontrollelektronik 26
vorverarbeitet und über die Leitung 5 an die Kamerakontrolleinheit 6 (in Figur 2 nicht dargestellt) übertragen.
Um eine sichere Verbindung zwischen dem Kamerakopf 3 und dem Endoskop 2 zu ermöglichen weist der Kamerakopf 3 eine Okulartrichterfassung 27 auf, welche sich lösbar mit dem Okulartrichter 21 des Endoskops 3 koppeln lässt. Zur genauen Positionierung von Kamerakopf 3 und Endoskop 2 weist die Okulartrichterfassung 27 eine axiale Anschlagfläche 28 und eine radiale Anschlagfläche 29 auf. Zum Fixieren des Kamerakopfes 3 am Endoskop 2 weist die Okulartrichterfassung 27 nicht dargestellte Fixiermittel auf, bei denen es sich zum Beispiel um einen Klemmmechanismus, eine Schraubverbindung oder eine
Bajonettverbindung handeln kann. Okulartrichter 21 und Okulartrichterfassung 27 bilden somit erste und zweite Kopplungsvorrichtungen zum Koppeln von Kamerakopf 3 und Endoskop 2.
In Figur 3 ist der innere Aufbau eines Endoskopiesystems 101 gemäß der Erfindung dargestellt. Das Endoskopiesystem 101 umfasst ein Endoskop 102 und einen Kamerakopf 103.
Das Endoskop 102 besteht wiederum aus einem Hauptkörper 110 sowie einem Schaftrohr 111. Am distalen Ende des Schaftrohrs 111 ist ein Objektiv 112 hinter einem Objektivfenster 113 angeordnet. Über die Länge des Schaftrohrs 111 ist in dem Endoskop 102 ein optischer Bildleiter 114 angeordnet, der entsprechend dem Bildleiter 1 des Endoskops 2 in Figur 2 ausgeführt ist sein kann. Objektiv 112 und Bildleiter 114 sind wiederum in einem Faserrohr
115 angeordnet. Zwischen dem Faserrohr 115 und dem Schaftrohr 111 sind Lichtleitfasern
116 angeordnet. Anders als in Figur 2 dargestellt enden die Lichtleitfasern 116 proximal dicht vor einer Leuchtdiode 130, welche eine externe Kaltlichtquelle 8 ersetzt. Die Leuchtdiode wird von einer Beleuchtungssteuerung 131 versorgt und gesteuert.
Am proximalen Ende des Hauptkörpers 110 ist wiederum ein Okular 118 hinter einem Okularfenster 119 angeordnet. Das Okular 118 wird durch ein Okularrohr 120 gehalten. Am Hauptkörper 110 ist wiederum ein Okulartrichter 121 angeordnet.
Am distalen Ende des Faserrohrs 115 ist eine Heizvorrichtung 132 angeordnet, welche das Objektiv 112 und insbesondere das Objektivfenster 113 erwärmt und somit störende Kondensation auf dem Objektivfenster 113 verhindert. Die Heizvorrichtung 132, bei der es sich beispielsweise um eine selbstregelnde Widerstandsheizung handeln kann, ist über eine entlang des Faserrohrs 115 geführte Leitung 133 mit einer Heizungssteuerung 134 verbunden, von welcher sie versorgt und gesteuert wird.
Der Okulartrichter 121 weist proximal eine ringförmige plane Anlagefläche 135 auf. Dicht an der Anlagefläche 135 ist in dem Okulartrichter eine Spule 136 angeordnet. Die Spule 136 ist mit einem ersten Wandler 137 verbunden, welcher wiederum mit der
Beleuchtungssteuerung 131 und der Heizungssteuerung 134 verbunden ist.
Der Kamerakopf 103 weist wiederum ein Gehäuse 122 auf, in welchem hinter einem
Kamerafenster 123 ein Kameraobjektiv 124 angeordnet ist. Hinter dem Kameraobjektiv ist ein Bildwandler 125 mit zugehöriger Kontrollelektronik 126 angeordnet, welche mittels einer Leitung 105 mit einer hier nicht dargestellten Kamerakontrolleinheit verbunden werden kann.
Der Kamerakopf 103 weist weiterhin eine Okulartrichterfassung 127 mit einer axialen Anlagefläche 128 und einer radialen Anlagefläche 129 auf. In der Okulartrichterfassung 127 ist nahe der axialen Anlagefläche 128 eine Spule 138 angeordnet, welche mit einem zweiten Wandler 139 verbunden ist. Der zweite Wandler ist an die Leitung 105 angeschlossen.
Im hier dargestellten Beispiel weist das Endoskop 102 zwei elektrische Verbraucher auf. Im Rahmen der Erfindung kann das Endoskop auch lediglich einen oder auch mehr als zwei elektrische Verbraucher aufweisen. Es kann sich dabei auch um andere Verbraucher als die dargestellte Lichtquelle 130 oder Heizvorrichtung 132 handeln. Hierbei kommen
beispielsweise zusätzliche Sensoren wie Temperatur- oder Beschleunigungssensoren oder auch therapeutische Vorrichtungen wie Lithotripter, Laser oder ähnliche Vorrichtungen in Betracht.
In Figur 4 ist der prinzipielle Schaltungsaufbau der elektrischen Versorgung in einem
Endoskopiesystem gemäß der Erfindung dargestellt. Sie umfasst den ersten Wandler 137 und den zweiten Wandler 139. Der zweite Wandler 139 wird über einer Leitung 201 mit einer Versorgungsspannung versorgt. Dazu kann beispielsweise die Versorgungsspannung für die Kontrollelektronik 126 des Bildwandlers 125 verwendet werden. Die
Versorgungsspannung wird in einer ersten Spannungssteuerung 202 stabilisiert und ggf. auf den benötigten Spannungswert wie beispielsweise 5V geregelt. Als Spannungssteuerung kann z.B. ein Baustein des Typs MAX17502 von Maxim Integrated Products in Kombination mit einem Baustein des Typs TLV70033 von Texas Instruments verwendet werden. Die stabilisierte Versorgungsspannung wird dann einem Signalgenerator 203 zur Verfügung gestellt, welcher ein hochfrequentes Energieübertragungssignal erzeugt, dass dann in die Spule 138 eingespeist wird. Das Energieübertragungssignal kann einen einfachen
sinusförmigen Spannungsverlauf mit einer Frequenz von 110 bis 205 kHz aufweisen oder kompliziertere Signalformen umfassen, wie sie z.B. in dem Qj-Standard des Wireless Power Consortium definiert sind. Bei Verwendung des Qj-Standards kann der Signalgenerator 203 beispielsweise einen Baustein des Typs BQ500212 Texas Instruments und einen
Signalverstärker beinhalten.
Die Spule 138 erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches von der Spule 136 aufgefangen und in ein hochfrequentes Spannungssignal umgewandelt und an den ersten Wandler 137 übertragen wird. Der Wandler 137 umfasst wiederum einen Signalempfänger 204, welcher das hochfrequente Spannungssignal in eine Gleichspannung umwandelt. Der Signalempfänger 204 kann einen Gleichrichter umfassen. Bei Verwendung des Qj-Standards kann der Signalempfänger einen Baustein des Typs BQ51013B Texas Instruments umfassen. Die vom Signalempfänger 204 bereitgestellte Gleichspannung wird in einer zweiten
Spannungssteuerung 205 wiederum stabilisiert und ggf. auf einen von angeschlossenen Verbrauchern 131, 134 benötigten Spannungswert, beispielsweise 20V, geregelt. Hierzu kann ein Baustein des Typs TPS61170DRV von Texas Instruments verwendet werden.
Die Energieübertragung zwischen den Spulen 136 und 138 kann in Resonanz erfolgen. Dazu sind die Spulen 136 und 138 jeweils in Schwingkreise eingebunden, welche die gleiche Eigenfrequenz aufweisen. Bei dieser Betriebsweise kann ein besonders hoher Wirkungsgrad der Energieübertragung erreicht werden.
In den Figuren 5a und 5b ist die Spule 136 dargestellt. Figur 5a zeigt die Spule in einer Ansicht senkrecht zu ihrer Wicklungsachse. Im Zentrum der Spule 136 weist diese einen freien Innendurchmesser 301 von wenigstens 10mm und bevorzugt wenigstens 12mm auf. Durch diesen freien Innendurchmesser kann der Bildstrahlengang des Endoskopiesystems 101 ungestört hindurchtreten. An den Innendurchmesser 301 schließen sich dicht an dicht die Wicklungen des Spulendrahts 302 an. Die Spule 136 hat einen Außendurchmesser 303 von höchstens 50mm, bevorzugt höchstens 44mm und passt damit in die Anlagefläche 135 des Okulartrichters 121. Die Induktivität der Spule beträgt dabei etwa 6,3μΗ.
In Figur 5b ist die Spule 136 in einer Ansicht quer zu Ihrer Wicklungsachse dargestellt. Es ist zu erkennen, dass alle Wicklungen der Spule 136 in einer Ebene liegen. Durch diese einlagige Wicklung der Spule 136 ist diese sehr flach und benötigt somit wenig Baulänge. Der
Außendurchmesser 303 der Spule 136 beträgt dabei bevorzugt wenigstens das Zehnfache ihrer Länge. Die Spule 138 entspricht in Ihrem Aufbau der Spule 136 und ist daher nicht separat dargestellt.
In Figur 6 ist schematisch ein weiteres Endoskopiesystem 401 dargestellt. Dieses
Endoskopiesystem 401 umfasst einen Kamerakopf 103, wie er anhand von Fig. 3 oben beschrieben ist. Ebenso umfasst das Endoskopiesystem 401 Endoskope 102 und 102', welche ebenfalls anhand von Fig. 3 beschrieben sind. Dabei können die Endoskope 102, 102' unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen, z.B. unterschiedliche Blickrichtungen, wie es anhand der Pfeile 402, 403 angedeutet ist.
Das Endoskopiesystem 401 umfasst weiterhin Endoskope 2 und 2', welche entsprechend der Beschreibung zu Figur 2 aufgebaut sind, also keine elektrischen Verbraucher aufweisen. Die Endoskope 2, 2' können ebenfalls abweichende Blickrichtungen aufweisen, wie durch Pfeile 404, 405 angedeutet ist.
Das Endoskopiesystem 401 ist so ausgeführt, dass sowohl die Endoskope 102, 102'als auch die Endoskope 2, 2' mit dem Kamerakopf 103 verbunden werden können. Dazu weisen die Okulartrichter der Endoskope die gleichen Abmessungen auf.
Wenn Endoskop 2 oder 2' an den Kamerakopf 103 gekoppelt ist erkennt der erste Wandler 139 im Kamerakopf 103 unter Nutzung des Qj-Standards, dass kein zweiter Wandler 136 vorhanden ist und deaktiviert die Energieübertragung. Das Endoskopiesystem 401 kann dann wie ein herkömmliches Endoskopiesystem verwendet werden. Ist jedoch ein Endoskop 102 oder 102' angeschlossen, so wird dies ebenfalls durch den Wandler 139 erkannt und die Energieübertragung wird aktiviert.
Der Verwender des Endoskopiesystems 401 kann somit unterschiedliche Endoskope 2, 2', 102, 102' mit dem Kamerakopf 103 verwenden. Das Endoskopiesystem 401 ist daher besonders flexibel einsetzbar und kann auch zusammen mit herkömmlichen Endoskopen 2, 2' verwendet werden. Bei Umstellung von einem herkömmlichen Endoskopiesystem auf ein Endoskopiesystem 401 kann der Verwender daher bereits vorhandene Endoskope weiter nutzen.

Claims

1. Endoskopiesystem mit
einem Endoskop (102), aufweisend ein Objektiv (112), ein Okular (118), ein optisches Übertragungssystem (114) zum Übertragen eines Bildes vom Objektiv (112) zum Okular (118) und eine okularseitige erste Kopplungsvorrichtung zum Koppeln des Endoskops (102) an einen Kamerakopf; und
einem Kamerakopf (103), aufweisend einen Bildwandler (125) zum Umwandeln eines vom Okular (118) gelieferten Bildes in ein elektronisches Signal und eine zweite Kopplungsvorrichtung zum Koppeln des Kamerakopfes (103) an ein Endoskop;
wobei das Endoskop wenigstens einen elektrischen Verbraucher
(130,131,132,134,137) umfasst und der Kamera köpf wenigsten eine elektrische
Versorgungseinheit (139) zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers
(130,131,132,134,137) umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass
in der zweiten Kopplungsvorrichtung Sendemittel zur drahtlosen Übertragung elektrischer Energie angeordnet sind, und dass
in der ersten Kopplungsvorrichtung Empfangsmittel zur drahtlosen Aufnahme elektrischer Energie angeordnet sind.
2. Endoskopiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste
Kopplungsvorrichtung ein Okulartrichter (121) ist oder diesen umfasst.
3. Endoskopiesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kopplungsvorrichtung eine Okulartrichterfassung (127) ist oder diese umfasst.
4. Endoskopiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sendemittel und/oder die Empfangsmittel eine Spule
(136,138) umfassen.
5. Endoskopiesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Wicklungen der Spule (136,138) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
6. Endoskopiesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
Außendurchmesser der Spule (136,138) wenigstens dem Zehnfachen der Länge der Spule entspricht. 7. Endoskopiesystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (136,138) einen Außendurchmesser von höchstens 50mm, bevorzugt höchstens 44mm, und einen freien Innendurchmesser von wenigstens 10mm, bevorzugt wenigstens 12mm, aufweist.
Endoskopiesystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, d die Induktivität der Spule (136,138) wenigstens 5μΗ, bevorzugt wenigstens 6μΗ beträgt.
9. Endoskopiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Versorgungseinheit (139) Mittel (203) zum Umwandeln eines niederfrequenten Versorgungsspannungssignals in ein
hochfrequentes Energieübertragungssignal umfasst.
10. Endoskopiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, das der elektrische Verbraucher (137) Mittel (204) zum Umwandeln eines hochfrequenten Energieempfangssignals in ein niederfrequentes
Verbrauchsspannungssignal umfasst.
11. Endoskopiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der elektrische Verbraucher eine Lichtquelle, insbesondere eine Leuchtdiode (130) umfasst.
12. Endoskopiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der elektrische Verbraucher ein Heizelement (132), insbesondere eine Objektivfensterheizung, umfasst.
13. Endoskopiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Endoskopiesystem ein weiteres Endoskop (2,2') umfasst, wobei das weitere Endoskop (2,2') eine dritte Kopplungsvorrichtung umfasst, welche keine Empfangsmittel aufweist, und wobei die zweite Kopplungsvorrichtung wahlweise mit der ersten Kopplungsvorrichtung oder mit der dritten
Kopplungsvorrichtung koppelbar ist.
14. Endoskop eines Endoskopiesystems nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
15. Kamerakopf eines Endoskopiesystems nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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