DE102006055588A1

DE102006055588A1 - Vorrichtung und System zum Erfassen der Form eines Endoskops

Info

Publication number: DE102006055588A1
Application number: DE102006055588A
Authority: DE
Inventors: Shotaro Kobayashi
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2026-11-25
Also published as: US20070116415A1; JP4714570B2; US7440661B2; DE102006055588B4; JP2007143600A

Abstract

Beschrieben ist eine Vorrichtung (10) zum Erfassen der Form eines Endoskops. Diese Vorrichtung (10) umfasst eine Lichtzufuhrfaser (21), die Erfassungslicht in verschiedenen Wellenlängenbereichen überträgt; einen Reflektor (23), der das Erfassungslicht in den genannten Wellenlängenbereichen mit gleichem Reflektionsgrad reflektiert und an dem Austrittsende der Lichtzufuhrfaser (21) angeordnet ist; mindestens eine Krümmungserfassungsfaser (22), die das reflektierte Licht überträgt und zusammen mit dem Endoskop biegbar ist; und mindestens einen Lichtmodulator (25), der in der Krümmungserfassungsfaser (22) angeordnet und ausgebildet ist, die Intensität und/oder die Wellenlänge des reflektierten Lichtes so zu modulieren, dass die Form des Endoskops anhand der Intensität und/oder der Wellenlänge des modulierten reflektierten Lichtes und anhand des Abstandes zwischen dem Lichtmodulator (25) und dem Austrittsende der Krümmungserfassungsfaser (22) erfassbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein System zum Erfassen der Form eines Endoskops, insbesondere eines Endoskops, das zu Beobachtungszwecken in einen Körper eingeführt wird.

In endoskopischen Untersuchungen muss ein Endoskop unter Berücksichtigung der Gestalt der Körperorgane, die zu untersuchen sind, in den Körper eingeführt werden, da das Ende des Endoskops nicht in Kontakt mit diesen Organen kommen sollte.

Zu diesem Zweck wurde ein Endoskopuntersuchungssystem vorgeschlagen, bei dem während der endoskopischen Beobachtung die Form eines in den Körper eingeführten Beobachtungsteils anhand eines Bildes überwacht wird, das mit Röntgenstrahlen an ein Objekt übertragen wird. Außerdem ist eine Erfassungsvorrichtung bekannt, welche die Form eines in den Körper eingeführten Beobachtungsteils anhand der Änderung eines Magnetfeldes erfasst.

Ferner ist eine optische Erfassungsvorrichtung bekannt, die mit mehreren Faserbündeln arbeitet, wobei für jedes dieser Faserbündel eine Lichtabsorptionseinheit vorgesehen ist und das jeweilige Faserbündel dazu dient, die Krümmung eines Objektes in einer Richtung zu erfassen.

Die Belichtung mit Röntgenstrahlen kann die Gesundheit des Patienten beeinträchtigen, wenn die Belichtung ein tolerierbares Maß übersteigt. Wird andererseits Magnetismus genutzt, um die Form des eingeführten Beobachtungsteils zu erfassen, so besteht das Problem, dass die Formerfassung nicht möglich ist oder zumindest die Genauigkeit dieser Erfassung abnimmt, wenn sich das Objekt außerhalb des Magnetfeldes befindet.

Wird eine solche optische Sonde verwendet, um die Form des eingeführten Beobachtungsteils zu erfassen, so unterliegt die Wahl des Endoskops, das zusammen mit Sonde zu verwenden ist, gewissen Beschränkungen. Der Grund hierfür ist, dass eine solche optische Sonde durch die Verwendung mehrerer Lichtleitfaserbündel einen großen Durchmesser aufweisen muss. Demgegenüber zielen jüngere Entwicklungen darauf ab, den Durchmesser von Endoskopen zu verkleinern und so die Schmerzbelastung der Zielperson zu verringern. Dementsprechend werden auch die Durchmesser der zugehörigen Instrumentenöffnungen kleiner. Dies bedeutet, dass eine optische Sonde oben beschriebener Art nicht zur Erfassung der Form des eingeführten Beobachtungsteils verwendet werden kann, ohne deren Durchmesser in Anpassung an den Durchmesser der zugehörigen Instrumentenöffnung zu verkleinern.

Wird die Zahl an Faserbündeln, die in der optischen Detektorsonde enthalten sind, verringert, um den Durchmesser der Sonde zu verkleinern, so nimmt möglicherweise die Präzision ab, mit der die Form des eingeführten Beobachtungsteils erfasst werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein System zum Erfassen der Form eines Endoskops kleinen Durchmessers anzugeben, die bzw. das eine hohe Erfassungsgenauigkeit aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Darin zeigen:
1 ein Formerfassungssystem nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine Formerfassungssonde nach erstem Ausführungsbeispiel;
3 eine perspektivische Ansicht eines Lichtleitfaserbündels;
4 eine Darstellung, die Lichtverlustabschnitte in einem Lichtleiter zeigt, der die Krümmung an dem Lichtleitfaserbündel erfasst;
5 einen Schnitt senkrecht zur Längsrichtung des zur Krümmungserfassung bestimmten Lichtleiters an dem Lichtverlustabschnitt;
6 einen Schnitt senkrecht zur Längsrichtung des Lichtleitfaserbündels nach erstem Ausführungsbeispiel im Bereich der Lichtverlustabschnitte;
7 einen Schnitt durch das Lichtleitfaserbündel längs einer Fläche, die durch die Mitte des Lichtleitfaserbündels läuft und sich in dessen Längsrichtung erstreckt;
8 eine Seitenansicht der Krümmungserfassungsfaser, die so gebogen ist, dass nur eine geringe Menge des reflektierten Lichtes in den Lichtverlustabschnitt gelangt;
9 eine Seitenansicht der Krümmungserfassungsfaser, die so gebogen ist, dass eine große Menge des reflektierten Lichtes in den Lichtverlustabschnitt gelangt;
10 ein Blockdiagramm eines Moduls und einer Anschlusseinheit in dem ersten Ausführungsbeispiel;
11 eine Darstellung, die eine Lichtabgabefläche einer in der Anschlusseinheit vorgesehenen Lichtquelle zeigt;
12 eine Darstellung, die die Wellenlänge und die Intensität des von der Lichtquelle ausgesendeten Erfassungslichtes in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
13 einen Schnitt durch das gebogene Lichtleitfaserbündel nach erstem Ausführungsbeispiel längs einer Fläche, die durch die Mitte des Lichtleitfaserbündels verläuft und sich in dessen Längsrichtung erstreckt;
14 einen Graphen, der die Absorption des reflektierten Lichtes zeigt, das in dem ersten Ausführungsbeispiel den Lichtverlustabschnitt passiert, der sich an einem geraden Bereich des Lichtleitfaserbündels befindet;
15 einen Graphen, der die Absorption des reflektierten Lichtes zeigt, das in dem ersten Ausführungsbeispiel den Lichtverlustabschnitt passiert, der sich an einem gebogenen Bereich des Lichtleitfaserbündels befindet;
16 eine Darstellung, die beispielhaft die erfasste Form des Lichtleitfaserbündels zeigt;
17 eine Darstellung, die ein Verfahren veranschaulicht, nach dem die Krümmung an Erfassungspunkten des Lichtleitfaserbündels berechnet wird;
18 ein Blockdiagramm eines Moduls und einer Anschlusseinheit in einem zweiten Ausführungsbeispiel;
19 einen Schnitt durch das Lichtleitfaserbündel nach zweitem Ausführungsbeispiel senkrecht zu dessen Längsrichtung;
20 einen Graphen, der die Wellenlänge und die Intensität des Erfassungslichtes zeigt, das in dem zweiten Ausführungsbeispiel von der Lichtquelle ausgesendet wird;
21 einen Schnitt durch das gebogene Lichtleitfaserbündel nach zweitem Ausführungsbeispiel in einer Ebene, die durch die Mitte des Lichtleitfaserbündels verläuft und sich in dessen Längsrichtung erstreckt;
22 einen Graphen, der die Absorption des reflektierten Lichtes zeigt, das in dem zweiten Ausführungsbeispiel den Lichtverlustabschnitt passiert, der sich an einem geraden Bereich des Lichtleitfaserbündels befindet; und
23 eine Darstellung, die Schnitte durch die Krümmungserfassungsfasern in einer abgewandelten Ausführungsform sowie in dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
In den 1 und 2 ist ein Erfassungssystem 50 nach einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Erfassungssystem 50 enthält eine die Erfassungssonde 10, ein Bilderverarbeitungsgerät 60 und einen Monitor 70. Die Erfassungssonde 10 enthält ein Lichtleitfaserbündel 20, ein Lichtempfangsmodul 30 und eine Anschlusseinheit 40. Das Lichtleitfaserbündel 20 ist an das Lichtempfangsmodul 30 angeschlossen. Das Lichtempfangsmodul 30 ist über ein Kabel 32 mit der Anschlusseinheit 40 verbunden.
Das Erfassungssystem 50 dient dazu, die Form oder Konfiguration eines Einführteils 82 zu erfassen, der sich an dem Ende einer Beobachtungseinheit (Endoskop) 80 befindet und in den Körper einer Zielperson eingeführt wird. Dabei wird zunächst das Lichtleitfaserbündel 20 durch einen Instrumentenkanal 84 in die Beobachtungseinheit 80 eingeführt. Damit ist das Lichtleitfaserbündel 20 zusammen mit dem Einführteil 82 biegbar. Die Krümmung des Lichtleitfaserbündels 20 darstellende Signale werden an das Bildverarbeitungsgerät 60 gesendet. In dem Bildverarbeitungsgerät 60 wird die Form oder Konfiguration des Lichtleitfaserbündels 20 auf Grundlage der empfangenen Signale erfasst und dann ein Bild erzeugt, das die erfasste Form des Lichtleitfaserbündels 20 wiedergibt. Das die Form des Lichtleitfaserbündels 20 wiedergebende Bild wird auf dem Monitor 70 angezeigt, wie beispielhaft in 1 gezeigt ist.
Mit der Erfassung der Form des Lichtleitfaserbündels 20 wird auch die Form des Einführteils 82 erfasst, der zusammen mit dem Lichtleitfaserbündel 20 gebogen wird. Wie oben beschrieben, erfasst das Erfassungssystem 50 die Form des Einführteils 82 anhand der Krümmung des Lichtleitfaserbündels 20. Um die Form des Einführteils 82 auf diese Weise zu erfassen, ist das Lichtleitfaserbündel 20 so ausgebildet, dass es mehrere Erfassungspunkte aufweist, in denen die Krümmung des Lichtleitfaserbündels 20 erfasst werden kann. Die Mittel zur Erfassung der Krümmung und damit der Form des Lichtleitfaserbündels 20 werden im Folgenden beschrieben.
Wie in 3 gezeigt, enthält das Lichtleitefaserbündel 20 eine Lichtleitfaser 21, die der Lichtzufuhr dient und im Folgenden als Lichtzufuhrfaser bezeichnet wird, und mehrere Lichtleitfasern 22, die der Krümmungserfassung dienen und im Folgenden als Krümmungserfassungsfasern bezeichnet werden. Die Lichtzufuhrfaser 21 und die Krümmungserfassungsfasern 22 werden zusammen mit dem Einführteil 82 gebogen. Sie sind parallel zueinander angeordnet und befinden sich in Kontakt miteinander. Die Lichtzufuhrfaser 21 und die Krümmungserfassungsfasern 22 umfassen jeweils einen zentralen Kern und eine Umhüllung, die um den Kern herum ausgebildet ist. Durch die interne Totalreflektion des Lichtes an der Grenze zwischen Kern und Umhüllung wird das Licht in der Lichtzufuhrfaser 21 und in den Krümmungserfassungsfasern 22 jeweils vom Eintrittsende zum Austrittsende ohne wesentlichen Lichtverlust übertragen.
Eine in der Anschlusseinheit 40 angeordnete, in 1 nicht gezeigte Lichtquelle sendet Licht zur Erfassung der Krümmung des Lichtleitfaserbündels 20 aus, das in die Lichtzufuhrfaser 21 eintritt. Dieses Erfassungslicht wird durch die Lichtzufuhrfaser 21 zum Ende des Lichtleitfaserbündels 20 übertragen. An dem Ende des Lichtleitfaserbündels 20, d. h. an dem Austrittsende der Lichtzufuhrfaser 21, befindet sich ein in 1 nicht gezeigter Spiegel. Der an diesem Spiegel reflektierte Teil des Erfassungslichtes tritt in die Krümmungserfassungsfasern 22 ein. Dieses reflektierte Licht wird dann von einem Lichtempfangselement empfangen, das sich in dem Lichtempfangsmodul 30 befindet.
Wie in 4 gezeigt, befinden sich in an den Flächen sämtlicher Krümmungserfassungsfasern 22 mehrere Lichtverlustabschnitte 25, die einen Teil des reflektierten Lichtes absorbieren. Die Menge an reflektiertem Licht, die von diesen Lichtverlustabschnitten 25 absorbiert wird, variiert in Abhängigkeit der Krümmung des Lichtleitfaserbündels 20 an den Stellen, an denen sich die Lichtverlustabschnitte 25 befinden, wie weiter unten beschrieben wird. Die Krümmung des Lichtleitfaserbündels 20 wird demnach anhand der Intensität oder Stärke des reflektierten Lichtes vor und nach Passieren der Lichtverlustabschnitte 25 berechnet.
Um die Berechung der Krümmung zu vereinfachen, sind die Lichtverlustabschnitte 25 beispielsweise wie folgt angeordnet. Einer von zwei ein Abschnittspaar bildenden Lichtverlustabschnitten 25 befindet sich auf einer Linie parallel zur X-Achse eines Koordinatensystems, das in einer Ebene senkrecht zu dem gerade ausgerichteten Lichtleitfaserbündel 20 liegt und seinen Ursprung O in der Mitte des Lichtleitfaserbündels 20 hat. Der andere Lichtleitabschnitt 25 dieses Abschnittspaars befindet sich auf der Y-Achse des vorstehend genannten Koordinatensystems (vergl. die Schnitte längs der Linien I-I und II-II durch das in 4 gezeigte Lichtleitfaserbündel 20).
Im Folgenden wird die Herstellung der Lichtleitabschnitte 25 beschrieben. Zunächst wird ein Teil der in 5 mit 27 bezeichneten Umhüllung weggeschnitten. Dann wird ein Beschichtungsmaterial 28, das eine Lichtkomponente vorbestimmter Wellenlänge absorbiert, auf die Oberfläche des Kerns 26 in einem Bereich aufgebracht, an dem der vorstehend genannte Teil der Umhüllung 27 weggeschnitten worden ist. Dann wird auf das Beschichtungsmaterial 28 ein Klebstoff aufgebracht, der dazu dient, das Lichtleitfaserbündel 20 auf eine nicht gezeigten Hülle zu kleben. Auf diese Weise werden die Lichtverlustabschnitte 25 ausgebildet.
Ein Teil des reflektierten Anteils des Erfassungslichtes, der innerhalb des Kerns 26 in der jeweiligen Krümmungserfassungsfaser 22, welche die wie oben beschrieben ausgeführten Lichtverlustabschnitte 25 aufweist, übertragen wird, gelangt über interne Totalreflektion zu dem Beschichtungsmaterial 28. Dabei wird ein Teil des reflektierten Lichtes, der in einem bestimmten Wellenlängenbereich liegt, von dem Lichtverlustabschnitt 25 absorbiert. Das reflektierte Licht, das in einem anderen Wellenlängenbereich liegt, wird dagegen von der Krümmungserfassungsfaser 22 ausgegeben.
Die Lichtverlustabschnitte 25 liegen vorzugsweise auf Linien, die parallel zur X-Achse des oben beschriebenen Koordinatensystems (z. B. Linien X₁ und X₂ in 6) angeordnet sind, und auf Linien, die parallel zur Y-Achse angeordnet sind (z. B. Linie Y₁ sowie die Y-Achse selbst). Die Anordnung der Lichtverlustabschnitte 25 ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebene beschränkt, wie einige der in 6 gezeigten Krümmungserfassungsfasern 22 deutlich machen.
Sind die Lichtverlustabschnitte 25 nicht auf Linien angeordnet, die parallel zur X-Achse oder zur Y-Achse liegen, so sind sie zur Vereinfachung der Berechnung der Krümmung vorzugsweise so angeordnet, dass je zwei von ihnen mit dem Mittelpunkt O' der jeweiligen Krümmungserfassungsfaser 22 einen rechten Winkel beschreiben, wie in 6 gezeigt ist.
In 6 sind sämtliche Lichtverlustabschnitte 25 in dem gleichen Schnitt dargestellt. Dies bedeutet, dass zur Vereinfachung der Erläuterung davon ausgegangen wird, dass sämtliche Lichtverlustabschnitte 25 in äquidistanten Punkten von dem Ende der Lichtleitfaser 20 beabstandet sind. Tatsächlich befinden sich jedoch die Lichtverlustabschnitte 25 an verschiedenen Stellen der Lichtleitfaser 20 (vergl. z. B. 4).
Wie in 7 gezeigt, ist die Oberfläche des Lichtleitfaserbündels 20 (und damit die Außenseiten der Krümmungserfassungsfasern 22) mit einer Hülle 24 überzogen. Die Hülle 24 bedeckt die gesamte Oberfläche des Lichtleitfaserbündels 20 einschließlich des Bündelendes, an dem der Spiegel 23 angeordnet ist. Dadurch wird verhindert, dass ein Verlust an Erfassungslicht und reflektiertem Licht auftritt.
Wie oben beschrieben, haften die Krümmungserfassungsfasern 22 im Bereich der Lichtverlustabschnitte 25 an der Hülle 24. Zusätzlich haften die Krümmungserfassungsfasern 22 an dem dem Modul 30 zugewandten Austrittsende 220 und dem dem Spiegel 23 zugewandten Eintrittsende 221 an der Hülle 24. So befinden sich alle Krümmungserfassungsfasern 22 in Verbindung mit der Lichtzufuhrfaser 21 (vergl. 3 und 6). Die Lichtzufuhrfaser 21 und die Krümmungserfassungsfasern 22 werden so zusammen gebogen.
Was die Reflektion des Erfassungslichtes an dem Spiegel 23 betrifft, ist es einfacher, einen Emissionsbereich bereitzustellen, durch den das Erfassungslicht auf die Mitte des Spiegels 23 fällt, anschließend eine Zerstreuung des reflektierten Lichtes um diesen Emissionsbereich zuzulassen und schließlich dafür zu sorgen, dass das reflektierte Licht gleichmäßig in die einzelnen Krümmungserfassungsfasern 22 eintritt, als umgekehrt vorzugehen, nämlich einen Emissionsbereich vorzusehen, durch den das Licht auf den Rand des Spiegels 23, und dann das reflektierte Licht gleichmäßig auf die Mittelachse des Spiegels 23 zu richten. Aus diesem Grunde sind die Krümmungserfassungsfasern 22 um die Lichtzufuhrfaser 21 herum angeordnet (vergl. 3 und 6).
Tritt das Erfassungslicht auf der Seite des Lichtempfangsmoduls 30 in die Lichtzufuhrfaser 21 ein und wird dann an dem Spiegel 23 reflektiert, so tritt dieses mit L bezeichnete reflektierte Licht in die Eintrittsenden 221 der Krümmungserfassungsfasern 22 ein (vergl. auch 7). Nimmt man beispielhaft an, dass sich zu diesem Zeitpunkt der Lichtverlustabschnitt 25 auf der oberen Seite der Krümmungserfassungsfasern 22 befindet, und dass die Krümmungserfassungsfaser 22 so gebogen ist, dass sich der Lichtverlustabschnitt 25 auf der Krümmungsinnenseite der Krümmungserfassungsfaser 22, d. h. der dem Krümmungszentrum zugewandten Seite, befindet, so trifft das reflektierte Licht L praktisch nicht auf den Lichtverlustabschnitt 25, wie in 8 gezeigt ist.
Nimmt man dagegen die in 9 gezeigte Situation an, in der sich der Lichtverlustabschnitt 25 wiederum auf der oberen Seite der Krümmungserfassungsfaser 22 befindet, jedoch die Krümmungserfassungsfaser so gebogen ist, dass sich der Lichtverlustabschnitt 25 auf der Krümmungsaußenseite der Krümmungserfassungsfaser 22, d. h. der dem Krümmungszentrum abgewandten Seite, befindet, so fällt der größte Teil des reflektierten Lichtes L auf den Lichtverlustabschnitt 25. Aus obiger Erläuterung wird deutlich, dass die Krümmung der Krümmungserfassungsfasern an den Stellen, an denen sich die Lichtverlustabschnitte 25 befinden, berechnet werden kann, indem die Intensität des reflektierten Lichtes L erfasst wird, nachdem dieses die Lichtverlustabschnitte 25 passiert hat. Auf diese Weise kann die Krümmung des Lichtleitfaserbündels 20 insgesamt berechnet werden.
In der Anschlusseinheit 40 befindet sich eine Schaltungsanordnung 41. Diese Schaltungsanordnung 41 enthält eine Stromquelle 42 und eine Lichtquelle 44. Ist die Anschlusseinheit 40 mit dem Bildverarbeitungsge rät 60 (vergl. 1 und 2) verbunden, so wird die Stromquelle 42 über das Bildverarbeitungsgerät 60 mit elektrischer Energie gespeist. Diese elektrische Energie wird dann von der Stromquelle 42 weiter der Lichtquelle 44 zugeführt. Die Lichtquelle 44, die mit elektrischer Energie gespeist wird, sendet einen Laserstrahl als Erfassungslicht aus, das zwei Komponenten unterschiedlicher Wellenlänge beinhaltet.
Das ausgesendete Erfassungslicht tritt in das Eintrittsende 211 der Lichtzufuhrfaser 21 ein. Dann wird das Erfassungslicht an dem Spiegel 23 reflektiert und gelangt in die Krümmungserfassungsfasern 22. Der reflektierte Teil L des Erfassungslichtes wird durch die Krümmungserfassungsfasern 22 übertragen und dann von deren Austrittsenden 220 ausgegeben. Der Spiegel 23 reflektiert die Komponenten des Erfassungslichtes, die unterschiedliche Wellenlängenbereiche aufweisen, mit gleichem Reflektionsgrad, d.h. er weist gegenüber diesen Wellenlängenbereichen gleiches Reflexionsvermögen auf.
In 10 sind zur Vereinfachung nur zwei Krümmungserfassungsfasern 22 gezeigt, obgleich in der Praxis z.B. sechs Krümmungserfassungsfasern 22 vorgesehen sind, wie in den 3 und 6 gezeigt ist. Das reflektierte Licht L, das von den beiden Austrittsenden 220 ausgegeben wird, wird jeweils von einem ersten und einem zweiten dichroitischen Spiegel 33a und 33b in zwei Wellenlängenbereiche zerlegt. Die Lichtkomponenten, deren Wellenlängen in diesen Wellenlängenbereichen liegen, werden dann von einem ersten bis vierten Lichtempfangselement 35a bis 35d empfangen. Die Zahl an dichroitischen Spiegeln, Lichtempfangselementen und unten beschriebenen A/D-Wandlern bestimmt sich nach der Zahl der Krümmungserfassungsfasern 22.
In der Anschlusseinheit 40 befindet sich eine Patientenschaltung 51 und ein Gleichstrom- oder DC-DC-Wandler 53. Der Gleichstromwandler 53 ist ein Isolationswandler. Er bewirkt, dass die Patientenschaltung 51 aus der elektrischen Energie, die ihr von der Schaltungsanordnung 41 zur Verfügung gestellt wird, wiederum elektrische Energie erzeugt, und bleibt dabei gegenüber der Schaltungsanordnung 41 und der Patientenschaltung 51 elektrisch isoliert. Das erste bis vierte Lichtempfangselement 35a bis 35d werden mit elektrischer Energie betrieben, die von der Patientenschaltung 51 erzeugt wird. Dabei wird die Menge an elektrischer Energie, die von der Patientenschaltung 51 erzeugt wird, aus Gründen der Sicherheit so eingestellt, dass sie kleiner als die von der Schaltungsanordnung 41 erzeugte Energiemenge ist.
Die Lichtempfangselemente 35a bis 35d sind Fotodioden. Sie erfassen die Menge des empfangenen Lichtes. Mit dem wellenlängenabhängigen Empfang des reflektierten Lichtes geben die Lichtempfangselemente 35a bis 35d elektrische Signale entsprechend der empfangenen Lichtmenge aus. Diese Signale werden im Folgenden als Krümmungssignale bezeichnet. Die von dem ersten bis vierten Lichtempfangselement 35a bis 35d erzeugten Krümmungssignale werden an einen ersten bis vierten A/D-Wandler 45a bis 45d gesendet. Diese A/D-Wandler 45a bis 45d wandeln die ihnen zugeführten analogen Krümmungssignale in digitale Signale.
Die digitalen Krümmungssignale werden an eine Parallel-Seriell-Wandlerschaltung 49 gesendet. Diese wandelt die parallelen Krümmungssignale in serielle Signale. Die seriellen Krümmungssignale werden an einen Fotokoppler (PC) 43 gesendet. Der Fotokoppler 43 sendet die Krümmungssignale an die Schaltungsanordnung 41. Die Krümmungssignale werden dann weiter an das Bildverarbeitungsgerät 60 übertragen.
In dem Verarbeitungsgerät 60 wird die Krümmung des Lichtleitfaserbündels 20 an jedem der Lichtverlustabschnitte 25 anhand der Krümmungssignale für die einzelnen Wellenlängenbereiche des reflektierten Lichtes L berechnet. In einer Krümmungserfassungsfaser 22 ist jeweils ein Paar Lichtverlustabschnitte 25 vorgesehen. Die Lichtwellenlängen, die von den Beschichtungsmaterialien, die auf die beiden Lichtverlustabschnitte 25 aufgebracht sind, absorbiert werden, sind verschieden voneinander. Sie sind identisch mit den Wellenlängen bzw. den Wellenlängenbereichen des verwendeten Erfassungslichtes. So wird die Krümmung der Krümmungserfassungsfaser 22 für jedes Paar Lichtverlustabschnitte 25 von dem Bildverarbeitungsgerät 60 berechnet.
In dem Bildverarbeitungsgerät 60 werden Informationen gespeichert, die die Abstände zwischen den einzelnen Lichtverlustabschnitten 25 und dem Austrittsende 220 der jeweiligen Krümmungserfassungsfaser 22 darstellen. So erfasst das Bildverarbeitungsgerät 60 die Form des Lichtleitfaserbündels 20 im Betrieb anhand der Positionen der Lichtverlustabschnitte 25 sowie anhand der Krümmungen in Richtung der X-Achse und der Y-Achse des Lichtleitfaserbündels 20 in den Positionen, in denen die Lichtverlustabschnitte 25 angeordnet sind. Bildsignale, welche die erfasste Form des Lichtleitfaserbündels 20 darstellen, werden von dem Bildverarbeitungsgerät 60 an den Monitor 70 gesendet. So wird auf dem Monitor 70 die Form des Lichtleitfaserbündels 20 und damit die Form des Einführteils 82 der Beobachtungseinheit 80 angezeigt (vergl. 1).
Die Austrittsenden 220 der Krümmungserfassungsfaser 22 sind in 7 so dargestellt, dass sie sich in Kontakt mit einer Fläche des Lichtempfangsmoduls 30 befinden. In der Praxis befinden sich jedoch die Aus trittsenden 220 innerhalb des Lichtempfangsmoduls 30. Außerdem sind in 10 die Abstände zwischen der Fläche des Lichtempfangsmoduls 30 und den beiden Austrittsenden 220 so dargestellt, als seien sie verschieden voneinander. Tatsächlich sind jedoch diese Abstände gleich. Entsprechend sind auch die Längen der Krümmungserfassungsfasern 22 gleich.
Wie in 11 gezeigt, sind in der Lichtquelle 44 eine erste bis vierte Elektrode 54 bis 57 sowie ein erster und ein zweiter Lichtabgabeteil 58 und 59 vorgesehen. Ein erster Laserstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge, der eine der Komponenten des Erfassungslichtes bildet, wird von dem ersten Lichtabgabeteil 58 in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene der 11 ausgesendet, wenn der erste Lichtabgabeteil 58 von der ersten und der zweiten Elektrode 54 und 55 mit elektrischer Energie gespeist wird. Entsprechend wird ein zweiter Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die von der des ersten Laserstrahls verschieden ist, als andere Komponente des Anregungslichtes von dem zweiten Lichtabgabeteil 59 ausgesendet, wenn der zweite Lichtabgabeteil 59 von der dritten und der vierten Elektrode 56 und 57 mit elektrischer Energie gespeist wird. Wie in 12 gezeigt, beträgt die Wellenlänge des ersten Laserstrahls 405 nm, während die Wellenlänge des zweiten Laserstrahls 650 nm beträgt. Die beiden entsprechenden Wellenlängenbereiche nach 12 sind insoweit unabhängig voneinander, als dass sie einander nicht überlappen.
Die Absorption des reflektierten Anteils L des von der Lichtquelle 44 ausgesendeten Erfassungslichtes wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 13 beispielhaft für eine erste und eine zweite Krümmungserfassungsfaser 22a und 22b beschrieben. In der ersten Krümmungserfassungsfaser 22a befinden sich ein erster und ein zweiter Lichtverlustabschnitt 25a, 25b, während sich in der zweiten Krümmungserfassungsfaser 22b ein dritter und ein vierter Lichtverlustabschnitt 25c, 25d befinden. Der erste und der dritte Lichtverlustabschnitt 25a und 25c absorbieren selektiv nur den um die Wellenlänge 405 nm zentrierten Wellenlängenbereich des ersten Laserstrahls. Dagegen absorbieren der zweite und der dritte Lichtverlustabschnitt 25b und 25d selektiv nur den um die Wellenlänge 650 nm zentrierten Wellenlängenbereich des zweiten Laserstrahls.
Wird das Erfassungslicht, das die Wellenlängenbereiche des ersten und des zweiten Laserstrahls enthält, an dem Spiegel 23 reflektiert, so treten ein erster und ein zweiter reflektierter Lichtanteil L₁ und L₂, welche die Wellenlängenbereiche, die den ersten und den zweiten Laserstrahl beinhalten, im gleichen Verhältnis enthalten und gleiche Intensität aufweisen, in die erste Krümmungserfassungsfaser 22a bzw. die zweite Krümmungserfassungsfaser 22b ein. Die Absorption des ersten Reflexionslichtes L₁ in der Krümmungserfassungsfaser 22a wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 13 und 14 beschrieben.
In dem in 13 gezeigten Fall ist die erste Krümmungserfassungsfaser 22a an der Stelle, an der sich der erste Lichtverlustabschnitt 35a befindet, nicht gebogen, sondern gerade. Somit gelangt die in dem ersten Reflektionslicht L₁ enthaltene Lichtkomponente, deren Wellenlängenbereich um die Wellenlänge 405 nm zentriert ist, nicht zu dem ersten Lichtverlustabschnitt 25a. Damit bleibt die Lichtintensität dieses um 405 nm zentrierten Wellenlängenbereichs auf dem gleichen Pegel wie zu dem Zeitpunkt, zu dem das erste Reflektionslicht L₁ ausgehend von dem Spiegel 23 in die erste Krümmungserfassungsfaser 22a eintritt.
Dagegen ist die erste Krümmungserfassungsfaser 22a in dem Bereich gebogen, in dem sich der zweite Lichtverlustabschnitt 25b befindet. Jedoch ist die Krümmungsrichtung im Bereich des zweiten Lichtverlustabschnittes 25b verschieden von der Krümmungsrichtung, die durch den zweiten Lichtverlustabschnitt 25b erfassbar ist, so dass das Licht mit dem um 650 nm zentrierten Wellenlängenbereich nicht von dem zweiten Lichtverlustabschnitt 25b absorbiert wird. So dient beispielsweise der zweite Lichtverlustabschnitt 25b dazu, die Krümmung in Richtung der X-Achse des in 6 gezeigten Koordinatensystems zu erfassen. Demgegenüber ist in dem gezeigten Fall die Krümmungserfassungsfaser 22a lediglich in einer Richtung parallel zur Y-Achse des Koordinatensystems gebogen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 13 und 15 die Absorption des zweiten Reflektionslichtes L₂ in der zweiten Krümmungserfassungsfaser 22b beschrieben. In dem in 13 gezeigten Fall ist die zweite Krümmungserfassungsfaser 22b an der Stelle, an der sich der dritte Lichtverlustabschnitt 25c befindet, nicht gebogen. Somit gelangt die in dem zweiten Reflektionslicht L₂ enthaltene Komponente mit dem um 405 nm zentrierten Wellenlängenbereich nicht zu dem dritten Lichtverlustabschnitt 25c. Die Intensität des Lichtes, dessen Wellenlänge in dem um 405 nm zentrierten Wellenlängenbereich liegt, bleibt so auf dem gleichen Pegel wie zu dem Zeitpunkt, zu dem das zweite Reflektionslicht L₂ ausgehend von dem Spiegel 23 in die zweite Krümmungserfassungsfaser 22b eintritt.
Dagegen ist die zweite Krümmungserfassungsfaser 22b an der Stelle gekrümmt, an der sich der vierte Lichtverlustabschnitt 25d befindet. Dabei ist die Krümmungsrichtung im Bereich des vierten Lichtverlustabschnittes 25d gleich der Krümmungsrichtung, die durch den vierten Lichtverlustabschnitt 25d erfassbar ist. Somit wird die Lichtkomponente, deren Wellenlänge in dem um 650 nm zentrierten Wellenlängenbereich liegt, durch den vierten Lichtverlustabschnitt 25d absorbiert, wobei die absorbierte Lichtmenge proportional zu dem Krümmungswinkel der zweiten Krümmungserfassungsfaser 22b ist.
In dem in den 13 bis 15 gezeigten Beispiel wird zur Vereinfachung angenommen, dass die jeweilige Krümmungserfassungsfaser 22 nur in die Richtung gebogen ist, die durch die Lichtverlustabschnitte 25a bis 25d erfassbar ist, oder dass sie nur in die Richtung gebogen ist, die durch die Lichtverlustabschnitte 25a bis 25d gerade nicht erfassbar ist. Üblicherweise weist jedoch die Krümmung der Krümmungserfassungsfaser 22 sowohl eine Krümmungskomponente in Richtung der X-Achse als auch eine Krümmungskomponente in Richtung der Y-Achse auf. Demnach wird die Krümmung der Krümmungserfassungsfaser 22 in der Weise berechnet, dass die Erfassungsergebnisse für die Krümmungen in zwei Richtungen, z. B. in Richtung der X-Achse und in Richtung der Y-Achse, zusammengenommen werden, wie im Folgenden beschrieben wird.
Wie oben erläutert, ist es erforderlich, für eine Stelle der Krümmungserfassungsfaser 22 die Krümmungen in zwei Richtungen zu berechnen. Dementsprechend ist an einer bestimmten (axialen) Position in der Krümmungserfassungsfaser 22 ein Paar Lichtverlustabschnitte 25 vorgesehen. Diese beiden Lichtverlustabschnitte 25 sind also an Stellen angeordnet, die sich in gleichen Abständen von dem Austrittsende 220 befinden, z. B. der erste bzw. der zweite Lichtverlustabschnitt 25a, 25b in der ersten Krümmungserfassungsfaser 22a oder der dritte bzw. der vierte Lichtverlustabschnitt 25c, 25d in der zweiten Krümmungserfassungsfaser 22b. Die Stelle, an der sich ein solches Paar Lichtverlustabschnitte 25 befindet, wird im Folgenden als Erfassungspunkt bezeichnet.
Die Anordnung der vier Lichtverlustabschnitte 25a bis 25d ist nicht auf das in 13 gezeigte Beispiel beschränkt. So können beispielsweise der erste und der zweite Lichtverlustabschnitt 25a und 25b in der ersten Krümmungserfassungsfaser 22a an der gleichen Stelle angeordnet sein. Auch können der dritte und der vierte Lichtverlustabschnitt 25c und 25d in der zweiten Krümmungserfassungsfaser 22b an der gleichen Stelle angeordnet sein. Außerdem können die beiden Lichtverlustabschnitte 25a und 25b einerseits und die beiden Lichtverlustabschnitte 25c und 25d andererseits in unterschiedlichen Abständen von dem Austrittsende 220 der Krümmungserfassungsfaser 22 angeordnet sein. Wie viel des reflektierten Lichtes L von den einzelnen Lichtverlustabschnitten 25a bis 25d absorbiert wird, kann in jedem Fall anhand der Menge an reflektiertem Licht berechnet werden, die von den vier Lichtempfangselementen 35a bis 35d empfangen wird. Somit kann die Form oder Konfiguration der Krümmungserfassungsfaser 22 problemlos bestimmt werden.
In dem Lichtleitfaserbündel 20 sind über ein Messintervall sechs Erfassungspunkte P₁ bis P₆ vorgesehen, wie in 16 gezeigt ist. In dem Bildverarbeitungsgerät 60 wird anhand der Krümmungen, die in diesen sechs Erfassungspunkten P₁ bis P₆ erfasst werden, sowie anhand der vorher berechneten Abstände, die die sechs Erfassungspunkte P₁ bis P₆ von dem Austrittsende 220 der Krümmungserfassungsfaser 22 haben, die Form des Lichtleitfaserbündels 20 bestimmt. Dabei wird die Form des Lichtleitfaserbündels 20 unter Bezug auf ein dreidimensionales Koordinatensystem berechnet, dessen Z-Achse in Längsrichtung des Lichtleitfaserbündels 20 weist, wenn letzteres geradegestreckt ist, und dessen X-Achse und Y-Achse wie in dem in 6 gezeigten XY-Koordinatensystem liegen.
Zunächst wird die Krümmung im Ersterfassungspunkt P₁, berechnet, der den dem Lichtempfangsmodul 30 am nächsten liegenden Erfassungspunkt und zugleich den Ursprung des vorstehend genannten dreidimensionalen Koordinatensystems bildet. Die Krümmung in dem jeweiligen Erfassungspunkt ist durch die Steigung oder Neigung der Erstreckungsrichtung des Lichtleitfaserbündels 20 gegenüber der XY-Ebene in diesem Erfassungspunkt gegeben. Demnach wird die Krümmung θ₁ (vergl. 17) in dem ersten Erfassungspunkt P₁ anhand der Krümmungen in Richtung der X-Achse und in Richtung der Y-Achse berechnet, d. h. anhand der in dem ersten Erfassungspunkt P₁ gegebenen Steigung der Erstreckungsrichtung des Lichtleitfaserbündels 20 gegenüber der YZ-Ebene und anhand der in dem ersten Erfassungspunkt P₁ gegebenen Steigung der Erstreckungsrichtung des Lichtleitfaserbündels 20 gegenüber der XZ-Ebene. Wie oben beschrieben, werden die Krümmungen in Richtung der X-Achse und in Richtung der Y-Achse anhand der Menge des reflektierten Lichtes L berechnet, die von den beiden Lichtverlustabschnitten 25 absorbiert wird. In 17 ist die XY-Ebene des dreidimensionalen Koordinatensystems durch die Zeichenebene gegeben.
Der Abstand D zwischen dem ersten Erfassungspunkt P₁ und dem zweiten Erfassungspunkt P₂ (d. h. die Differenz zwischen dem Abstand von dem Austrittsende 220 der Krümmungserfassungsfaser 22 zu dem ersten Erfassungspunkt P₁ und dem Abstand von dem Austrittsende 220 zu dem zweiten Erfassungspunkt P₂) ist ein vorbestimmter Wert. Dieser vorbestimmte Wert wird dem Bildverarbeitungsgerät 60 vor der Berechnung zugeführt. Die Position des zweiten Erfassungspunktes P₂ in dem dreidimensionalen Koordinatensystem wird anhand der Krümmung θ₁ und des Abstandes D bestimmt. So wird der Koordinatenwert X₂ und der Koordinatenwert Y₂ des zweiten Erfassungspunktes P₂ nach den Formeln (1) und (2) berechnet. X2 = a × cos θ1 (1) Y2 = a × sin θ1 (2)
Wie für den ersten und den zweiten Erfassungspunkt P₁, P₂ werden die Koordinatenwerte und die Krümmungen θ für den dritten bis sechsten Erfassungspunkt P₃ bis P₆ berechnet. Anhand der auf das Koordinatensystem bezogenen Positionen und anhand der Krümmungen θ₁ bis θ₆ der Erfassungspunkte P₁ bis P₆ wird die Form der Lichtleitbündel 20 erfasst, indem die aufeinanderfolgenden Erfassungspunkte P₁ bis P₆ glatt miteinander verbunden werden. Dabei wird die Form des Lichtleitfaserbündels 20 in Bereichen, die zwischen den Erfassungspunkten P₁ bis P₆ liegen, durch Approximation berechnet. Die Genauigkeit, mit der die Form des Lichtleitfaserbündels 20 berechnet wird, kann so durch Vorsehen vieler Erfassungspunkte P bzw. vieler Lichtverlustabschnitte 25 verbessert werden.
In dem Lichtleitfaserbündel 20 nach erstem Ausführungsbeispiel werden Laserstrahlen in verschiedenen Wellenlängenbereichen bereitgestellt. Die Lichtverlustabschnitte 25 können jeweils einen dieser Laserstrahlen selektiv absorbieren. In jeweils einer der Krümmungserfassungsfasern 22 sind mehrere Lichtverlustabschnitte 25 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel kann somit der Durchmesser der Erfassungssonde 10 verkleinert und zugleich die Form des Einführteils 82 der Beobachtungseinheit 80 mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Erfassungspunkte äquidistant angeordnet, um die Berechnung zu vereinfachen. Es ist jedoch ebenso mög lich, einen umso kürzeren Abstand zwischen den Lichtverlustabschnitten 25 vorzusehen, je näher diese an der dem Spiegel 23 zugewandten Spitze 20T des Lichtleitfaserbündels 20 und damit an dessen Austrittsende angeordnet sind. Der Grund hierfür besteht darin, dass der Einführteil 82 der Beobachtungseinheit 80 üblicherweise am distalen Ende über eine höhere Flexibilität als am proximalen Ende verfügt. Deshalb ist es ein Vorteil, die Form des Lichtleitfaserbündels 20 in dessen distalem Bereich in der Nähe der Spitze 20T mit einer höheren Genauigkeit zu erfassen als in anderen Bereichen des Lichtleitfaserbündels.
Indem in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel die Lichtquelle 44 Erfassungslicht in mehreren voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen aussendet und in der jeweiligen Krümmungserfassungsfaser 22 mehrere Lichtverlustabschnitte 25 vorgesehen sind, die selektiv Licht in einem dieser Wellenlängenbereiche absorbieren, kann das Lichtleitfaserbündel 20 der Erfassungssonde 10 mit einem vergleichsweise kleinen Durchmesser versehen werden. Außerdem ist die Erfassungssonde 10 im Stande, die Form der Beobachtungseinheit 80 präzise zu erfassen.
Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei liegt der Schwerpunkt auf den Unterschieden gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel. In dem zweiten Ausführungsbeispiel sendet die Lichtquelle 44 vier Laserstrahlen als Erfassungslicht aus, die in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen liegen. Dementsprechend ist der Aufbau des in 18 gezeigten Lichtempfangsmoduls 30 komplexer als in dem ersten Ausführungsbeispiel. Da das Reflektionslicht L, das durch eine der Krümmungserfassungsfasern 22 übertragen wird, in vier Wellenlängenbereiche zerlegt werden muss, ist es erforderlich, für zwei Krümmungserfassungsfasern 22 sechs dichroitische Spiegel 33a bis 33f, acht Lichtemp fangselemente 35a bis 35h sowie acht A/D-Wandler 45a bis 45h vorzusehen.
Da in dem zweiten Ausführungsbeispiel in jede der Krümmungserfassungsfasern 22 Erfassungslicht eintritt, das vier unterschiedliche Wellenlängenbereiche aufweist, sind in jeder Krümmungserfassungsfaser 22 vier zugehörige Lichtverlustabschnitte 25 vorgesehen. Da die Lichtverlustabschnitte 25 in gleicher Zahl wie die unterschiedlichen Wellenlängenbereiche vorgesehen sind, kann die Genauigkeit, mit der die Form des Lichtleitfaserbündels 20 bestimmt wird, verbessert und der Durchmesser der Erfassungssonde 10 verkleinert werden. Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich die Wellenlängen des reflektierten Lichtes L, die von den unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien 28 absorbiert werden, mit denen die Lichtverlustabschnitte 25 beschichtet sind. Die Lichtverlustabschnitte 25 absorbieren selektiv Licht, dessen Wellenlänge in einem der vier verschiedenen Wellenlängenbereiche liegt, die in dem Erfassungslicht vorhanden sind. Für jeden der Lichtverlustabschnitte 25 kann so die Krümmung berechnet werden.
In der Praxis können die Lichtverlustabschnitte 25 in verschiedenen axialen Positionen angeordnet sein. In 19 sind die Lichtverlustabschnitte 25 wie in der entsprechenden 6 zur Vereinfachung so dargestellt, dass sie alle in dem gleichen Schnitt liegen.
Wie in 20 gezeigt, sendet die Lichtquelle 44 das Erfassungslicht in vier Wellenlängenbereichen aus, die um die Wellenlängen λ₁ bis λ₄ zentriert sind. Das Erfassungslicht beinhaltet so vier Laserstrahlen. Wie in 21 gezeigt, befinden sich in der ersten Krümmungserfassungsfaser 22a die vier Lichtverlustabschnitte 25a bis 25d. In der zweiten Krümmungserfassungsfaser 22b befinden sich die Lichtverlustabschnitte 25e bis 25h. Der erste und der fünfte Lichtverlustabschnitt 25a und 25e absorbieren selektiv den ersten Laserstrahl, dessen Wellenlänge in dem um die Wellenlänge λ₁ zentrierten Wellenlängenbereich liegt. Entsprechend absorbieren der zweite und der sechste Lichtverlustabschnitt 25b und 25f selektiv den zweiten Laserstrahl, dessen Wellenlänge in dem um die Wellenlänge λ₂ zentrierten Wellenlängenbereich liegt. Der dritte und der siebente Lichtverlustabschnitt 25c und 25g absorbieren selektiv den dritten Laserstrahl, dessen Wellenlänge in dem um die Wellenlänge λ₃ zentrierten Wellenlängenbereich liegt. Schließlich absorbieren der vierte und der achte Lichtverlustabschnitt 25d und 25h selektiv den vierten Laserstrahl, dessen Wellenlänge in dem um die Wellenlänge λ₄ zentrierten Wellenlängenbereich liegt.
Das erste und das zweite Reflektionslicht L₁ und L₂, welche die gleichen Lichtkomponenten aufweisen (nämlich die vier Laserstrahlen im gleichen Verhältnis und in gleicher Intensität), treten in das erste Krümmungserfassungsbündel 22a bzw. in das zweite Krümmungserfassungsbündel 22b ein, wie in 21 gezeigt ist. Das erste Krümmungserfassungsbündel 22a ist an den Stellen, an denen sich der erste bis vierte Lichtverlustabschnitt 25a bis 25d befinden, nicht gebogen. Das erste Reflektionslicht L₁ tritt so ohne Verlust an Intensität durch die erste Krümmungserfassungsfaser 22a.
Im Folgenden wird die Absorption des Reflektionslichtes in der zweiten Krümmungserfassungsfaser 22b beschrieben. An der Stelle, an der sich der fünfte und der sechste Lichtverlustabschnitt 25e und 25f befinden, ist die zweite Krümmungserfassungsfaser 22b gerade. Somit wird das zweite Reflektionslicht L₂, dessen Wellenlänge in den um die Wellenlängen λ₁ und λ₂ zentrierten Wellenlängenbereichen liegt, von dem fünften und sechsten Lichtverlustabschnitt 25e und 25f nicht absorbiert, obgleich die Lichtverlustabschnitte 25e und 25f an sich im Stande sind, Licht in diesen Wellenlängenbereichen zu absorbieren.
Demgegenüber ist die zweite Krümmungserfassungsfaser 22b an der Stelle gekrümmt, an der sich der siebente und der achte Lichtverlustabschnitt 25g und 25h befinden. Dabei ist die zweite Krümmungserfassungsfaser 22b in eine Richtung gekrümmt, die durch den siebenten Lichtverlustabschnitt 25g erfassbar ist. Somit wird der dritte Laserstrahl, dessen Wellenlänge in dem um die Wellenlänge λ₁₃ tretenden Wellenlängenbereich liegt, von dem siebenten Lichtverlustabschnitt 25g absorbiert (vergl. 22). Dagegen ist der achte Lichtverlustabschnitt 25h, der mit dem siebenten Lichtverlustabschnitt 25g ein Paar bildet und in dem gleichen Erfassungspunkt wie letzterer angeordnet ist, darauf ausgelegt, die Krümmung der Krümmungserfassungsfaser 22b in einer Richtung senkrecht zur vorstehend genannten Krümmungsrichtung zu erfassen, wodurch der achte Lichtverlustabschnitt 25h den vierten Laserstrahl nicht absorbiert, wenn die Krümmungserfassungsfaser 22b wie in 21 gezeigt gebogen ist.
In dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel sendet die Lichtquelle 44 Anregungslicht in vier getrennten Wellenlängenbereichen und damit in mehr Wellenlängenbereichen als in dem ersten Ausführungsbeispiel aus. So können vier Lichtverlustabschnitte 25 und zwei (axiale) Erfassungspunkte an jeder der Krümmungserfassungsfasern 22 vorgesehen werden. In dem zweiten Ausführungsbeispiel kann so mit der Erfassungssonde 10, die das Lichtleitfaserbündel 20 enthält, die Form der Beo bachtungseinheit 80 noch genauer als in dem ersten Ausführungsbeispiel bestimmt werden.
Außerdem kann in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Durchmesser des Lichtleitfaserbündels 20 weiter verringert werden. Sind beispielsweise über das gesamte Lichtleitfaserbündel 20 sechs Erfassungspunkte vorgesehen, um die gleiche Erfassungsgenauigkeit wie in dem ersten Ausführungsbeispiel zu erreichen, so sind hierzu nur drei Krümmungserfassungsfasern 22 mit jeweils zwei Erfassungspunkten erforderlich. Auf diese Weise kann der Durchmesser des Lichtleitfaserbündels 20 weiter verringert werden.
Der Aufbau der Erfassungssonde 10 und des Lichtleitfaserbündels 20 sowie der anderen Komponenten ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So können beispielsweise eine Lichtquelle 44, die Erfassungslicht in drei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen aussendet, und eine Krümmungserfassungsfaser 22c mit drei Lichtverlustabschnitten 25 vorgesehen werden, die selektiv einen dieser Wellenlängenbereiche absorbieren.
Anstelle der Lichtverlustabschnitte 25, die jeweils mit dem Beschichtungsmaterial 28 versehen sind, die einen der Wellenlängenbereiche des Reflektionslichtes absorbieren, können auch verschiedenartige Lichtmodulatoren verwendet werden, die aus einem Material bestehen, das Licht in einem der Wellenlängenbereiche absorbiert und Licht in einem anderen Wellenlängenbereich aussendet. In diesem Fall ist die Zahl an Lichtmodulatoren, die in einer der Krümmungserfassungsfasern enthalten sind, gleich der Zahl an verschiedenen Wellenlängenbereichen innerhalb des Erfassungslichtes. Jeder dieser Lichtmodulatoren absorbiert selektiv einen dieser verschiedenen Wellenlängenbereiche und sendet dann das reflektierte Licht in einem Wellenlängenbereich aus, der verschieden von dem Wellenlängenbereich vor der Modulation ist. Dabei sind sämtliche Wellenlängenbereiche verschieden voneinander.
Ein solches Material kann beispielsweise ein fluoreszierendes Material sein, das Licht aussendet, dessen Wellenlänge größer als die des absorbierten Lichtes ist. In diesem Fall wird die Krümmung an dem Erfassungspunkt anhand des Grades erfasst, mit dem der Wellenlängenbereich des reflektierten Lichtes L, das den Lichtmodulator durchlaufen hat, variiert. Die Krümmung wird also anhand der Differenz der Wellenlängenbereiche vor und nach der Modulation erfasst.
Anstelle der Lichtquelle 44 kann auch eine Lichtquelle verwendet werden, die unter Verwendung eines Filters oder anderer Komponenten Licht in mehreren voneinander unabhängigen, d. h. einander nicht überlappenden Wellenlängenbereichen aussendet. Alternativ kann auch eine Weißlichtquelle verwendet werden, die aus unabhängigen Wellenlängenbereichen bestehendes Weißlicht aussendet, indem sie mehrere Wellenlängenkomponenten zusammensetzt.
Die Zahl an Lichtverlustabschnitten 25, die in der jeweiligen Krümmungserfassungsfaser 22 vorgesehen sind, kann auch kleiner als die Zahl an Wellenlängenbereichen sein, die in dem von der Lichtquelle 44 ausgesendeten Erfassungslicht vorhanden sind. Um die Erfassungsgenauigkeit zu verbessern und den Durchmesser des Lichtleitfaserbündels zu verringern, ist es jedoch von Vorteil, wenn die Zahl an Lichtverlustabschnitten 25 gleich der Zahl an unterschiedlichen Wellenlängenbereichen ist.

Claims

Vorrichtung (10) zum Erfassen der Form eines Endoskops, umfassend: – eine Lichtzufuhrfaser (21), die Erfassungslicht in verschiedenen Wellenlängenbereichen überträgt; – einen Reflektor (23), der das Erfassungslicht in den genannten Wellenlängenbereichen mit gleichem Reflektionsgrad reflektiert und an dem Austrittsende der Lichtzufuhrfaser (21) angeordnet ist; – mindestens eine Krümmungserfassungsfaser (22), die das reflektierte Licht überträgt und zusammen mit dem Endoskop biegbar ist; und – mindestens einen Lichtmodulator (25), der in der Krümmungserfassungsfaser (22) angeordnet und ausgebildet ist, die Intensität und/oder die Wellenlänge des reflektierten Lichtes so zu modulieren, dass die Form des Endoskops anhand der Intensität und/oder der Wellenlänge des modulierten reflektierten Lichtes und anhand des Abstandes zwischen dem Lichtmodulator (25) und dem Austrittsende der Krümmungserfassungsfaser (22) erfassbar ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der der Lichtmodulator (25) einen Teil des reflektierten Lichtes absorbiert.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der mehrere Lichtmodulatoren (25) äquidistant von dem Austrittsende der Krümmungserfassungsfaser (22) beabstandet sind.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in der Krümmungserfassungsfaser (22) die Zahl an Lichtmodulatoren (25) gleich der Zahl an verschiedenen Wellenlängenbereichen in dem Erfassungslicht ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, bei der der Abstand zwischen den Lichtmodulatoren (25) um so kleiner ist, je näher die Lichtmodulatoren (25) an dem Austrittsende der Lichtzufuhrfaser (21) angeordnet sind.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mehrere Krümmungserfassungsfasern (22) um die Lichtzufuhrfaser (21) herum angeordnet sind.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, 5 oder 6, bei der der Lichtmodulator (25) das reflektierte Licht so moduliert, dass die modulierten Wellenlängenbereiche verschieden voneinander sind.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Lichtquelle (44), die das Erfassungslicht aussendet, und einen Lichtdetektor (30), der die Intensität und/oder die Wellenlänge des modulierten Lichtes erfasst.
System (50) zum Erfassen der Form eines Endoskops, umfassend: – eine Lichtquelle (44), die Erfassungslicht aussendet, das verschiedene Wellenlängenbereiche umfasst; – ein Lichtleitfaserbündel (20) mit – einer Lichtzufuhrfaser (21), die das Erfassungslicht überträgt; – einem Reflektor (23), der das Erfassungslicht in den verschiedenen Wellenlängenbereich mit gleichem Reflektionsgrad reflektiert und an dem Austrittsende der Lichtzufuhrfaser (21) angeordnet ist; – mindestens einer Krümmungserfassungsfaser (22), die das reflektierte Licht überträgt und zusammen mit dem Endoskop biegbar ist; und – mindestens einem Lichtmodulator (25), der in der Krümmungserfassungsfaser (22) angeordnet und ausgebildet ist, die Intensität und/oder die Wellenlänge des reflektierten Lichtes für jeden der Wellenlängenbereiche zu modulieren; – einen Lichtdetektor (30), der die Intensität und/oder die Wellenlänge des modulierten Lichtes erfasst; – eine Formerfassungseinheit (60), welche die Form des Endoskops anhand der Intensität und/oder der Wellenlänge des modulierten Lichtes und anhand des Abstandes zwischen dem Lichtmodulator (25) und dem Austrittsende der Krümmungserfassungsfaser (22) erfasst; und – eine Anzeigevorrichtung (70), die ein die erfasste Form des Endoskops darstellendes Bild anzeigt.