医用成像设备、尤其是立体内窥镜或立体外窥镜的制作方法

本发明涉及一种医用成像设备、尤其是立体内窥镜或立体外窥镜，包括：具有第一光谱的第一光源和具有第二光谱的光源；具有第一光学器件和带有第一传感器滤波器的第一图像传感器的第一光路；和具有第二光学器件和带有第二传感器滤波器的第二图像传感器的第二光路，其中相应的光路在观测区域和相应的图像传感器之间延伸，并且第一光路和第二光路在空间上以相对于彼此偏移的方式布置，使得第一图像传感器借助第一光路记录观测区域的第一图像，而第二图像传感器借助第二光路记录观测区域的第二图像，并且第一图像和第二图像为了以叠加的图像形成双图像信息而被彼此关联，其中相应的光源被设置用于以相应的光谱照射观测区域，从而能够根据相应的光谱来确定观测区域的生理参数。

背景技术：

1、在这种背景下，已知有作为医用成像设备的尤其是具有两个图像记录路径的内窥镜、例如立体内窥镜或立体外窥镜，其可以基于利用第一光路和第二路径进行的立体观测来记录观测区域的空间图像。

2、此外，已知有内窥镜又或内窥镜系统，其可以通过专门以特定的光谱进行照射和通过借助一个或多个图像传感器进行相应的评估来记录并显示观测区域的生理参数。例如已知有所谓的多光谱内窥镜，借助该多光谱内窥镜通过以限定的光谱对观测区域进行照射和对相应被反射的光谱对应地进行评估，因此能够实现对观测区域内的例如氧饱和度又或脂肪含量、血红蛋白含量或其他参数的推断。因此可以例如在外科手术期间直接利用这种多光谱影像内窥镜来确定和监测被处理的组织的氧含量。

技术实现思路

1、本发明的目的是对现有技术进行改进。

2、该目的通过一种医用成像设备得以实现、尤其是立体内窥镜或立体外窥镜，包括：具有第一光谱的第一光源和具有第二光谱的第二光源；具有第一光学器件和带有第一传感器滤波器的第一图像传感器的第一光路；和具有第二光学器件和带有第二传感器滤波器的第二图像传感器的第二光路，其中相应的光路在观测区域和相应的图像传感器之间延伸，并且第一光路和第二光路在空间上以相对于彼此偏移的方式布置，使得第一图像传感器借助第一光路记录观测区域的第一图像，而第二图像传感器借助第二光路记录观测区域的第二图像，并且第一图像和第二图像为了以叠加的图像形成双图像信息而被彼此关联，其中相应的光源被设置用于以相应的光谱照射观测区域，从而可以根据相应的光谱来确定观测区域的生理参数，其中第一光路包括具有第一过滤光谱的第一滤波器和/或第二光路包括具有第二过滤光谱的第二滤波器，从而可以根据第一图像中的被过滤的图像信息和/或第二图像中的被过滤的图像信息来评估相应的图像的不同的光谱范围，以获取与观测区域中的生理参数相关的一个或多个附加的图像信息。

3、以这种方式实施的医用成像设备组合的构件少并且结构简单，双图像内窥镜又或立体内窥镜或立体外窥镜或其他医用双成像设备或医用立体成像设备都具有根据相应的光谱来评估观测区域在生理参数方面的能力。尤其地，根据第一滤波器与第二滤波器组合的应用或第一滤波器的单独的应用或第二滤波器的单独的应用，在此可以借助第一滤波器和/或第二滤波器根据第一滤波器和/或第二滤波器之间的差值信息进行光谱评估，使得除了双图像之外能够在没有其他构件的情况下借助现有的成像技术确定观测区域的生理参数。

4、另外，形成这种差值信息在此可能是必要的，因为在使用相应的滤波器以用于对应地对节点进行查明时滤除了必要的光谱信息。如果使用不同的第一滤波器和第二滤波器，则可以从相应的另一光路中确定相应的缺失的光谱份额并进行调准。

5、在这种背景下对以下术语进行阐释：

6、“医用成像设备”可以是任何技术装置和/或电子装置，其适合于记录、再加工和/或传递以及例如在屏幕上显示医用环境中的观测区域的图像。这种医用成像设备例如是双内窥镜、立体内窥镜或立体外窥镜。这种“立体内窥镜”在此大多是窄而长地构造的成像设备，该成像设备适合于引导进入空腔中或引导穿过大多是小的开口，并且适合于在空腔内和/或在位于小的开口之后的区域内借助两个摄像机或两个图像传感器记录观测区域的图像。“立体外窥镜”是类似的装置，其例如在医用手术中、即在所谓的开放性外科手术中用于从外部成像。相应的内窥镜或外窥镜的“立体”特性在此描述了借助两个光路和/或两个光学器件记录观测区域的立体图像的能力。对应的双内窥镜或双外窥镜能够记录两个独立的图像，而不例如进行立体重建。在这种背景下应当指出，在如上所述的本义下的“内窥镜”也可以被集成在具有下述其他装置的内窥镜系统内，例如电缆导线器、其他传感器和/或用于在外部的监视器上显示图像信息的显示仪器。此外，“内窥镜”和“内窥镜系统”经常区分得很模糊并且有时被同义地使用。

7、“光源”例如是led、白炽灯或其他发光的装置。此外，还可以通过下述方式实现这种光源，即例如借助光导体、例如光纤或光纤束将借助led或其他产生光的装置所产生的光转向或传导到观测区域处的对应的位置处。这种光源在此用于以对应光谱的光来照射观测区域。也可以将光源实施为激光、即以尤其是仅一种波长的非常窄的光谱实施该光源，其中“一种”波长在此是指例如仅+/-2nm又或+/-5nm的窄的范围，即明显地窄于利用led能够到达的范围。

8、“光谱”在此描述了波长范围和/或相对于不同波长的强度分布，相应的光源以其发射光。在此例如可以以相对于相应波长的照射强度的图表的形式通过图形描绘这种光谱。

9、“光路”尤其是对应的图像的光从观测区域经由相应的光学器件直至例如相应的图像传感器所穿过的路径。在此例如利用光轴对这种光路进行限定或将这种光路进行限定为几何形状的走向。

10、“光学器件”描述了所有使光和/或图像信息或图像沿着光路转向的构件的整体。这种光学器件在此例如包括透镜、盖板、保护板又或滤波器。

11、“图像传感器”例如是电子芯片或其他类似的装置，借助该装置可以记载沿着光路和相应的光学器件伸延的光和/或对应的图像并将其换算成电子信号。这种图像传感器例如是ccd芯片或类似的电子构件。

12、“传感器滤波器”描述了大多配属于相应的图像传感器的滤波器或对应的滤波器装置，其适合于对入射到图像传感器上以用于通过图像传感器记录的光预先进行过滤。图像传感器例如包括传感器滤波器，该传感器滤波器向图像传感器的配属于对应的颜色值的部分传送分别对应于颜色预过滤的光。因此，例如典型的图像传感器可以具有位于用于例如单个像素的对应的传感器部分之前的rgb滤波器，使得仅涉及r(红色)、g(绿色)以及b(蓝色)的相应的信息被传送至相应的像素。图像传感器的每个所谓的像素在此通常具有至少三个子像素，利用对应的滤波器将r信息、g信息、b信息传送至该子像素，使得由子像素形成的像素能够实现各种各样的颜色表示。另外，在这种背景下还已知有具有所谓的拜耳滤镜(bayer-filter)的图像传感器。

13、“观测区域”描述了应借助医用成像设备观测的区域、体积或部位并且由该区域、体积或部位产生相应的图像。这种观测区域在此例如是人或动物的身体的器官、骨骼或部分区域，或对相应的观测有益的其他区域。

14、在最简单的情况下，“在空间上相对于彼此偏移”在此描述了两个光路被并排地布置成，使得可以从两个视角记录相应的图像。此外，对应的光轴的沿着光路的平行的或偏斜的布置尤其也可以被设置为和被用于，使得可以记载所谓的立体图像。在本发明的以下进一步描述的实施方式中可以使这一点变得可用。这种立体图像在此模拟生物的在空间上的视野，在其中从至少两个视角来记载相应的图像。随后可以根据来自不同视角的相应的图像的各种信息重建或产生空间印象。这一点也被描述为“空间图像信息的立体形成”。

15、“双图像信息”在此是由两份图像信息构成的图像信息，该图像信息包括例如借助不同的光路记录的来自观测区域的两个图像的影像，而这些图像不必是立体的。

16、“空间的图像信息”在此是能够实现对例如观测区域的局部解剖图(topographie)和/或观测区域内的对应的对象的空间布置进行推断的信息。空间的图像信息在此例如可以是作为3d图像被示出的图像，其向观测者提供涉及观测区域的局部解剖图的详细信息。此外，这种空间的信息也可以通过以下方式产生，即例如针对相应的眼睛的相应的图像信息被传送至观测者，使得由观测者实现实际的“空间的形成”，因为默认观测者在生理上具有空间视觉。例如，可以借助vr眼镜(虚拟现实眼镜)实现这一点，然后根据以上描述向该vr眼镜传送“双图像信息”。

17、观测区域的“生理参数”当前例如是观测区域中的例如被观测的器官和/或相应的器官的组织中的氧浓度、脂肪的份额、血液循环值、血红蛋白浓度又或水的份额。例如可以借助对应的光谱通过分析针对光谱的对应波长范围的吸收度并由此推断出对应的生理参数来查明这种生理参数。因此，例如一个特定的吸收波长关联于血红蛋白浓度，另一吸收波长关联于血液中的水含量或者第三吸收波长关联于血液中的氧含量。

18、“滤波器”是光学构件并且因此可以是所述的光学器件的一部分。滤波器在此尤其用于，使得整个光谱的特定的波长范围被抑制或减少或被允许穿过又或进一步沿着光路的伸延被完全阻止。在这种背景下，这种滤波器具有对应的“过滤光谱”，其以类似于光谱的方式描述了滤波器的被允许穿过或被阻挡的波长的相应的强度。在这种背景下，既涉及穿透性过滤光谱，其描述了相应的光谱中的被允许穿过的强度份额，也涉及阻光度，其给出了不被滤波器允许穿过的份额。在这种背景下，例如已知有所谓的分度滤波器(verlaufsfilter)，其在滤波器表面上具有连续可变的过滤效果。还已知有所谓的边缘滤波器(kantenfilter)，其相应地阻挡或透射相对清晰地彼此区分的光谱范围。

19、“被过滤的图像信息”在此是下述图像信息，其穿过相应的滤波器并由此以清除或减少根据相应的过滤光谱被确定的波长份额。

20、在这种背景下，“光谱范围”是对应的过滤范围或光谱的区段或子范围。

21、“附加的图像信息”例如是一种图像表示或该图像表示的以类似于此的方式被编辑的电子展示(aufbereitung)，其为观测者提供了对观测区域中的生理参数的推断。这种附加的图像信息例如是针对对应的图像点或像素的对应的生理参数的伪彩色图像或以数字方式实现的显示。尤其地，对于例如由操作员选择的像素的显示数值因此可以指征特定的生理参数。

22、为了能够查明多个生理参数和/又或能够借助不同光源的不同光谱来可靠地查明特定的生理参数，医用成像设备包括具有第三光谱的第三光源，具有第四光谱的第四光源和/或具有其他光谱的其他光源，其中相应的光源被设置成，使得其以相应的、尤其是与生理参数适配的光谱来照射观测区域。

23、在一种实施方式中，第一过滤光谱和第二过滤光谱是彼此不同的，从而第一滤波器和第二滤波器具有不同的过滤光谱。

24、借助该布置能够实现可以以特别简单的方式构造医用成像设备。通过不同的第一滤波器和第二滤波器可以使在第一光路中被查明的参数和在第二光路中被查明的参数协同作用，从而尤其能够通过形成相应的图像信息的差值来实现立体表示和空间表示以及还有在图像内的对应的生理参数的表示和/或分析。

25、在一种实施方式中，该实施方式还可以是具有彼此不同地设计的第一过滤光谱和第二过滤光谱的上述的实施方案的简化方案，第一过滤光谱或第二过滤光谱被构造成，对于可以利用第一图像传感记录的图像或对于可以利用第二图像传感器记录的图像而言是基本上完全可透射的。

26、因此可以通过下述方式实现彼此不同的过滤光谱，即仅使用一个经过特定选择的滤波器而对于相应的另一图像传感器使用具有可完全透射的过滤光谱的滤波器，即在最简单的情况下例如是覆盖玻璃。

27、“基本上完全可透射的”在此描述了滤波器可透射的特性，使得图像传感器对于相关的波长范围是被完全透射的。于是这种滤波器例如对于400nm至900nm之间的波长范围而言是完全可透射的，其中“基本上”在此包含由技术导致的偏差，即例如尤其是由于所使用的材料和/或其他光学特性导致的在透射性方面的与波长相关的5％或10％的差异。

28、在此为了能够利用相应的滤波器和对应的传感器滤波器之间的协同效应，以与第一传感器滤波器和/或与第二传感器滤波器相对应的方式来选择第一过滤光谱和/或第二过滤光谱，从而能够借助与相应的传感器滤波器相关的在不同的光谱范围中的灵敏度来评估相应的图像的不同的光谱范围，以获取观测区域的一个或多个附加的图像信息。

29、因此，例如可以充分利用与相应的所配属的传感器滤波器相关的相应的图像传感器的高灵敏度，以能够特别突出地评估与其相对应的过滤光谱。在此例如以下述方式利用相应的图像传感器对于红颜色的光的高灵敏度，即相应的滤波器的过滤光谱对于恰好一种与其相对应的波长是透射的，也就是说在对应的光谱范围内具有高穿透性。这一点类似地当然也适用于对于人眼而言可见或不可见的其他光谱。

30、在另一实施方式中，第一滤波器和/或第二滤波器在此是边缘滤波器或带通滤波器(bandfilter)。

31、“边缘滤波器”具有两个或更多个彼此明显区分的光谱范围，边缘滤波器在该光谱范围内被穿透、即是可透射的，或被吸收，即是不可透射的。这种边缘滤波器在此被实现为所谓的高通的、即在高的波长范围内具有穿透性的边缘滤波器，或实现为低通的、即在低的波长范围内具有穿透性的边缘滤波器。

32、“带通滤波器”是包括多个边缘滤波器的对应的滤波器，即例如是被位于较低的波长和较高的波长之间的光谱份额所穿透的所谓的“带”。由此分别利用相应的边缘滤波器在较低的波长处和较高的波长处进行区分。

33、在一个实施方式中，相应的光谱中的至少一个光谱具有400nm至940nm、400nm至700nm、790nm至850nm、400nm至500nm和/或740nm至780nm的波长。具体地可以例如以940nm进行照射、以400nm到700nm的白光进行照射、以460nm进行照射或以770nm进行照射。总而言之，对于当前的实施方案而言在此应当注意的是，相应的波长在每种情况下都描述了参考波长、即“额定波长”，并且例如包含沿上升方向及下降方向的相应地为10nm又或20nm的波动的(abfallend)强度的范围。这一点对于利用led或类似的光源进行照射时是尤其重要的，因为led通常无法发出仅一个波长被清晰界定的光，而是产生具有在额定波长附近波动分布的强度分布曲线的光谱。为此应当注意，例如也可以利用由具有特定波长的激光构成的被清晰界定的激光辐射来实现本发明的构思，其中这种激光可以实现位于额定波长附近的例如+/-2nm或+/-5nm的明显较窄的范围。对应的滤波器可以被实施成具有较窄的过滤范围，这对于观测者而言尤其最小化了对白光图像的影响。

34、无论如何，利用这种相应的特定的光波长可以有针对性地充分利用组织的不同的荧光物质、组织反应或吸收行为。

35、为了使医用成像设备也能够用于在可见的范围内进行成像，并且例如还为了能够利用在光学上均匀可见的光谱份额，医用成像设备具有用于以白光照射观测区域的附加的光源。

36、“白光”、也被称为“多色光”描述了由不同颜色的混合、即由不同的光谱份额构成的混合组成的光。因此，这种光也被描述为是光谱宽带的。这种白光在此例如是日光意义下白色的光，然而也可以是光波长的任何其他混合。例如，这种白光也可以相应地以叠加的形式具有适合用于确定生理参数的波长。

37、在另一实施方式中，双图像信息的形成包括根据相应的被过滤的第一图像信息和被过滤的第二图像信息来重建在第一图像和第二图像之间的相关性，其中尤其是根据图像信息以被允许穿过第一滤波器和第二滤波器的波长光谱、尤其是通过以白光进行照射来实现重建。

38、“相关性的重建”在此描述了相应地对属于观测区域中的图像点的图像点进行关联或对第一图像和第二图像的相应的部分信息进行关联，由此例如计算第一图像至第二图像的偏移，并将其用于对双图像信息的形成进行校正。

39、为了能够将双重图像信息附加地用于在局部解剖图或空间信息方面进行评估，双图像信息的形成包括观测区域的空间图像信息的立体形成。

40、在另一实施方式中，光源中的一个或多个光源以与佐剂相对应的光谱照射观测区域，从而能够借助相对应的光谱实现对佐剂、尤其是荧光物质的光学激发，其中尤其是第一滤波器和/或第二滤波器具有过滤光谱，其与由被激发的佐剂、尤其是荧光物质发出的光谱相适配。

41、这种布置可以例如用于产生所谓的荧光图像、即例如吲哚菁绿图像(icg图像)。在此，在观测区域中引入用于icg方法的佐剂、例如荧光物质。该佐剂随后通过与佐剂相对应的光谱被激发，并发射相应地由佐剂发出的光谱。例如，如果将该佐剂作为荧光物质输入患者的血液中，则可以借助佐剂的相应地发出的光谱来确定激发之后的血液循环(durchblutung)。

42、“佐剂”在此例如是下述药物，其在利用内窥镜进行检查之前被输入病人体内，并且随后被储存在被检查的器官中，并且在该处可以被用于评估特定的生理参数。这种佐剂的示例是所谓的造影剂，其在不同的实施方案中被已知为医用产品。

43、在这种背景下，“荧光物质”是佐剂，其以发出被改变的、有特点的光谱对射入的光谱、即所谓的“激发光谱”做出反应。即“荧光物质”吸收特定波长的光并作为对其的反应放出相同或不同波长的光。对此的示例是在所谓的黑光下近于蓝色地发光的物质。在医用领域中以及在非医用领域中都已知有采取不同的形式且具有不同的发光颜色的这种物质。

44、如果第一滤波器和/或第二滤波器在此具有与由被激发的佐剂发出的光谱相适配的光谱，则对应的“响应”、即例如佐剂或荧光物质的荧光反应可以借助相应的滤波器清晰地进行界定，并且在清除不利的光谱份额之后进行评估。滤波器在此尤其将光源的用于激发佐剂的光谱份额滤除。由此能够尽可能不受干扰地实现对荧光反应的评估。

45、为了针对对应的生理参数实施对观测区域的照射，为任一光源或相应的光源配属激发滤波器，其中激发滤波器对由光源发出的光进行过滤，从而能够实现以与佐剂相对应的光谱照射观测区域。

46、这种激发滤波器在此例如可以以下述方式被设计成带通滤波器，即只有窄的、激发佐剂的光谱带被允许穿过。进而能够实现对佐剂、例如荧光物质的有针对性的激发。

47、在另一实施方式中，医用成像设备具有评估单元，其被设置用于在ohi指数、twi指数、sto2指数和/或nir指数方面对第一图像和/或第二图像进行评估，从而能够确定血红蛋白含量、水含量、氧浓度和/或佐剂、尤其是荧光物质的存在。

48、这种“评估单元”在此具有例如存储器，在该存储器中储存有用于评估医用成像设备的方法。此外，评估单元可以具有处理器或微控制器，其中可以利用处理器或微控制器来实施用于评估的方法。

49、例如为了将立体的图像信息和其他的图像信息都以恰当的且可评估的方式呈现给对应的操作员，医用成像设备具有显示单元，该显示单元被设置用于以同时的、叠加的和/或有相关性的方式显示第一图像信息、第二图像信息、立体形成的空间图像信息和/或附加的图像信息。

50、这种“显示单元”在此例如是具有对应的处理器的屏幕、pc、或小型计算机，其可以显示第一图像信息、第二图像信息、由此形成的空间的图像信息和/又或形式为例如观测区域的血红蛋白含量的附加的图像信息。这种血红蛋白含量在此例如作为彩色图像以逐像素对应的方式被叠加至其他的图像信息。显示单元本身在此也可以具有评估单元，从而对于显示单元和评估单元而言不需要被区分开的仪器。