具有深度确定装置的内窥镜制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于确定空腔(40)的部分区域的深度的内窥镜(1)，所述内窥镜包括用于将图案投影到空腔(40)的表面(41)上的投影通道(2)和成像通道(3)，所述成像通道设置用于使被投影的图案的由空腔(40)的表面(41)反射的图像成像，其中，投影通道(2)具有至少一个用于产生图案的衍射光学元件(4)、准直器(6)和聚焦透镜(8)。按照本发明专利技术，所述聚焦透镜(8)布置在准直器(6)与衍射光学元件(4)之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种用于确定空腔的部分区域的深度的内窥镜。微创手术的数量在这些年持续上升。在此，能够确定患者体内待检查的空腔的深度并且同时进行成像方法的内窥镜(3D内窥镜)起到越来越重要的作用。按照现有技术，为了确定例如患者的腹腔深度，开设多个入口(Ports)。然而，在微创手术中试图使入口的数量最少化。为了实现入口的最少化，试图这样对按照现有技术已知的内窥镜进行补充，从而基本上实现深度的确定。这种3D内窥镜的主要缺点在于，可供构造和集成用于确定深度的光学器件的结构空间很小。由此尤其影响了光学器件的分辨率、图像质量、深度清晰度和视野，由此在整体上降低了已知的3D内窥镜的深度确定的光学性能。按照现有技术已知的3D内窥镜通常应用用于确定深度的立体镜的原理。为此，将两个分别包括成像光学器件的成像通道导引通过3D内窥镜。由借助两个成像通道从不同视角检测的空腔图像，可以由图像的像点之差实现对空腔的深度确定。立体镜的根本问题在于对应问题。由借助一个成像通道成像的第一图像的像点和借助另一成像通道成像的第二图像的像点的改变的位置实现深度确定。在此，第一图像中的像点和第二图像中的像点必须能够识别为相同的像点。如果没有这种可识别性，则存在对应问题。对于较小纹理的表面例如血液或者对于有机组织，通常只有很少数量的像点可供使用，从而加剧了在微创手术中应用立体镜的对应问题。为了解决对应问题，现有技术建议了所谓的主动三角测量方法，其中，在主动三角测量中，3D内窥镜的成像通道由投影通道所取代。由此，尽管在很大程度上解决了对应问题，但不利地降低了3D内窥镜的成像光学器件的光学性能。这种降低特别在微创手术中是不允许的。用于确定深度的颜色编码的三角测量方法也被证明是有问题的，因为有机组织通常由血液包围，所以所投影的颜色图案的蓝色和绿色部分几乎被完全吸收。由此在颜色图案的图像中形成错误位置，其又会导致对应问题。本专利技术所要解决的技术问题在于，改善内窥镜的光学深度确定。该技术问题按本专利技术通过具有独立权利要求1所述特征的装置和具有独立权利要求13所述特征的方法解决。在从属权利要求中给出本专利技术的有利的设计方案和扩展设计。按照本专利技术的用于确定空腔的部分区域的深度的内窥镜包括至少一个用于将图案投影到空腔的表面上的投影通道和至少一个成像通道，所述成像通道设置用于使被投影的图案的由空腔的表面反射的图像光学地成像，其中，投影通道具有至少一个用于产生图案的衍射光学元件。按照本专利技术，借助衍射光学元件产生实现空腔的部分区域的深度确定的图案。衍射光学元件(简称DOE)是设计用于使光线在空间上结构化的光学元件，其中，借助衍射(Diffraktion)实现结构化。光学格栅例如是衍射光学元件。借助衍射光学元件产生图案，尤其是点状图案，在对所述图案进行分析之后实现对空腔部分区域的深度确定。通过将衍射光学元件布置在内窥镜的投影通道内，可以有利地例如借助其它光学部件形成DOE投影仪。在此，DOE投影仪是不包括幻灯机(Dias)但包括衍射光学元件的投影仪。特别有利的是，这种DOE投影仪的所需结构空间相对具有幻灯机的投影仪来说更小。优选通过DOE投影仪的较小空间需求实现投影通道与成像通道之间尽可能大的间距。这是有利的，因为所述间距相当于三角测量的三角测量基线，其中，增大的三角测量基线尤其改善内窥镜的深度分辨率。按照本专利技术建议一种用于确定空腔的部分区域的深度的方法，其中，使用具有投影通道和成像通道的内窥镜，所述投影通道包括衍射光学元件、准直器和布置在准直器与衍射光学元件之间的聚焦透镜，其中，借助投影通道将图案投影到空腔的表面上，并且借助成像通道使图案的由表面反射的图像成像，其中，借助衍射光学元件产生图案。按照本专利技术，将借助衍射光学元件产生的图案投影到空腔部分区域的表面上并且借助成像通道使图案的由表面反射的图像成像。由此形成与已经阐述的按照本专利技术的内窥镜同类和同等价值的优点。按照本专利技术，投影通道包括准直器和聚焦透镜，其中，所述聚焦透镜布置在准直器与衍射光学元件之间。引入投影通道中的光线借助透镜被准直。按照本专利技术，投影通道包括另一透镜，其将引入投影通道中的光线聚焦到内窥镜的工作距离上。先提到的透镜构成准直器，多个透镜构成准直器光学器件，并且后提到的透镜构成聚焦透镜。在此，设有衍射光学元件，其在产生图案时考虑到光线的聚焦。优选地，所述衍射光学元件、准直器和聚焦透镜布置在投影通道的部分区域内，所述部分区域相对于光轴具有最大5mm的轴向延伸。在此，光轴在部分区域内优选与投影通道的对称轴共轴地延伸。在此规定，所述准直器、聚焦透镜和衍射光学元件相对于光轴共轴地布置在投影通道中。通过将衍射光学元件、准直器和聚焦透镜布置在具有最大5mm的轴向延伸的部分区域中，形成了布置在内窥镜的投影通道中的DOE投影仪。所述DOE投影仪优选具有较小的结构空间需求，因此DOE投影仪能够安装在按照现有技术已知的内窥镜中。为此，准直器优选具有最大1mm的直径。通过所述准直器的较小直径，可以有利地增大三角测量基线，由此改善内窥镜的深度分辨率。按照本专利技术的一种有利的设计方案，所述成像通道的横截面大于所述投影通道的横截面。通过垂直于相应通道的光轴剖切得到的成像通道或者投影通道的剖面形成的面分别称为横截面。投影通道的相对于成像通道减小的横截面有利地足够用于将DOE投影仪布置在投影通道内。由于DOE投影仪的较小结构空间需求，节约了在内窥镜中可供使用的结构空间，因此可以将更多的结构空间用于成像通道，并且由此用于改善布置在成像通道中的成像光学器件。所述投影通道的横截面优选小于等于2mm2。由此有利地形成特别小的投影通道，因此可以进一步在内窥镜中省出结构空间。在此，所述成像通道的横截面优选至少为2mm2。所述成像通道的横截面尤其处于25mm2至64mm2的范围内，其中，可以设置更大的成像通道。按照本专利技术的一种有利的设计方案，投影通道与单模光纤光学耦合。由此将借助单模光纤(英语：Single-Mode Fiber；SMF)导引的光线借助单模光纤引入投影通道内。所述单模光纤有利地只导引一种光模式，由此避免了在可能导致投影图案受干扰的多个光模式之间的干涉。优选地，所述单模光纤与激光器耦合，其中，激光器的光线通过单模光纤导入投影通道中。在此，激光的波长为了最佳地产生例如蓝色光谱范围内的点对比度而可以与手术中的应用适配。特别有利的是，用干涉滤波器通过将激光用作光源减少日光和/或人造光的干扰影响。在一种优选的扩展设计中，所述成像通道与用于拍摄被反射的图案的图像的摄像机光学耦合。特别优选的是设计为三芯片摄像机的摄像机。在此，所述摄像机具有用于所拍摄图像的红色光谱范围的芯片、用于绿色光谱范围的芯片和用于蓝色光谱范围的芯片。由此有利地使被反射且借助成像通道成像的图案几乎完全地成像。在本专利技术的一种优选的设计方案中，所述内窥镜包括至少一个器械通道。有利地，通过器械通道可以将微创手术所需的手术器械引入空腔中。通过将衍射光学元件布置在投影通道中节约了结构空间，所述结构空间又可以用于器械通道。在本专利技术的一种有利的设计方案中，借助衍射光学元件产生点状图案。在此，点状图案的单个点相应于衍射光学元件的衍射等级。换而言之，通过引入投影通道内的光线的相长干涉和相消本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定空腔(40)的部分区域的深度的内窥镜(1)，包括至少一个用于将图案投影到空腔(40)的表面(41)上的投影通道(2)和至少一个成像通道(3)，所述成像通道设置用于使被投影的图案的由空腔(40)的表面(41)反射的图像成像，其中，投影通道(2)具有至少一个用于产生图案的衍射光学元件(4)、准直器(6)和聚焦透镜(8)，其特征在于，所述聚焦透镜(8)布置在准直器(6)与衍射光学元件(4)之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.07 DE 102014204243.71.一种用于确定空腔(40)的部分区域的深度的内窥镜(1)，包括至少一个用于将图案投影到空腔(40)的表面(41)上的投影通道(2)和至少一个成像通道(3)，所述成像通道设置用于使被投影的图案的由空腔(40)的表面(41)反射的图像成像，其中，投影通道(2)具有至少一个用于产生图案的衍射光学元件(4)、准直器(6)和聚焦透镜(8)，其特征在于，所述聚焦透镜(8)布置在准直器(6)与衍射光学元件(4)之间。2.按权利要求1所述的内窥镜(1)，其特征在于，所述衍射光学元件(4)、准直器(6)和聚焦透镜(8)布置在投影通道(2)的部分区域(14)内，其中，所述部分区域(14)相对于光轴(100)具有最大5mm的轴向延伸。3.按权利要求1或2所述的内窥镜(1)，其特征在于，所述准直器(6)、聚焦透镜(8)和衍射光学元件(4)相对于光轴(100)共轴地布置在投影通道(2)中。4.按前述权利要求之一所述的内窥镜(1)，其特征在于，所述成像通道(3)的横截面(18)大于所述投影通道(2)的横截面(16)。5.按前述权利要求之一所述的内窥镜(1)，其特征在于，所述投影通道(2)的横截面(16)小于等于2mm2。6.按前述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：A希克，P伦奇勒，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE