DE19639921A1

DE19639921A1 - Endoscopic video camera with screened image sensor and scan control

Info

Publication number: DE19639921A1
Application number: DE19639921A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Phys Kuth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1997-10-23

Abstract

The camera (12) fitted to an endoscope (8) for examination of the patient (6) has an electromagnetic screen (26) surrounding the CCD image sensor (32) and the scanner (34) which generates clock pulses in the MHz range and other control signals. The screened devices and an electro-optical convertor (36) are supplied with DC from an external source via a low-pass feed through filter (46) and a screened cable (44). Optical fibre lines (14,18) from the camera to internal and external monitors (16,22) may be of plastic for short lengths of 2 to 5 m. Longer lines should be of glass fibre having less frequency dispersion.

Description

Die Erfindung betrifft eine Endoskopie-Videokamera mit einem Bildsensor und einer dazugehörigen Abtaststeuerung.The invention relates to an endoscopy video camera with a Image sensor and an associated scanning control.

Bei mikrochirurgischen und minimalinvasiven Operationen wer den oft diagnostische Schnittbilder ausgewertet, die mit Hilfe der Magnetresonanztechnik während der Operation er stellt werden. Zudem können bei derartigen Operationen auch Endoskope zum Einsatz kommen, die dann kompatibel mit den komplexen elektromagnetischen Verhältnissen der diagnosti schen Magnetresonanzanlagen (MR-kompatibel) sein müssen, im wesentlichen gehört dazu die Kompatibilität des Endoskopie stabes mit der darin befindlichen Optik. In diesem Zusammen hang ist es wünschenswert, dem Arzt als Arbeitsmittel zu sätzlich einen Monitor zur Verfügung zu stellen, auf dem die mittels des Endoskops sichtbaren Bereiche vergrößert ange zeigt werden können. Herkömmliche Videokameras sind für diese Anwendung jedoch nicht geeignet.For microsurgical and minimally invasive operations who who often evaluated diagnostic slices with Using the magnetic resonance technique during the operation be put. In addition, such operations can also Endoscopes are used, which are then compatible with the complex electromagnetic relationships of diagnostics magnetic resonance systems (MR compatible) must be in the This includes the compatibility of the endoscopy stable with the optics inside. In this together it is desirable to use the doctor as a tool to also provide a monitor on which the areas visible by means of the endoscope can be shown. Conventional video cameras are for this However, application is not suitable.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine mit einem Betrachtungsende eines Endoskops optisch und mechanisch kop pelbare Videokamera anzugeben, die auch in unmittelbarer Nähe eines Magnetresonanzgerätes ohne Störungen eingesetzt werden kann.The invention is based on the object, one with a Viewing end of an endoscope optically and mechanically cop Specifiable video camera that also in the immediate vicinity of a magnetic resonance device can be used without interference can.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest der Bildsensor und die Abtaststeuerung von einer elektromagnetischen Ab schirmung umgeben sind und daß innerhalb der Abschirmung ein elektro-optischer Wandler angeordnet ist, der zum Übertragen eines optischen Videosignals aus der Abschirmung heraus ein gangsseitig mit einem Videosignalausgang des Bildsensors und ausgangsseitig mit faseroptischen Übertragungsmitteln verbun den ist. Der Erfindung liegen Untersuchungen zugrunde, die gezeigt haben, daß bei herkömmlichen Videokameras die von der Abtaststeuerung erzeugten hochfrequenten Störimpulse auf die Videoleitung gekoppelt und als Störungen abgestrahlt werden und daß zum anderen vom Magnetresonanzgerät ausgehende hoch frequente Störfelder in die empfindliche Kameraelektronik eingekoppelt werden. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wer den zum einen von der Videokamera keine den Betrieb des Magnetresonanzgerätes beeinflussende Störsignale abgestrahlt, andererseits können vom Magnetresonanzgerät ausgehende hochfrequente Signale die empfindliche Kameraelektronik nicht stören. Der elektro-optische Wandler ist vorzugsweise in einer "Chip-on-board"-Technologie aufgebaut, die es erlaubt, auf sehr kleinem Raum die Vorteile einer faseroptischen Signalübertragung zu nutzen.The object is achieved in that at least the image sensor and the scanning control from an electromagnetic Ab shielding are surrounded and that within the shield electro-optical converter is arranged for transmission an optical video signal out of the shield on the output side with a video signal output of the image sensor and connected on the output side with fiber optic transmission means that is. The invention is based on studies which have shown that in conventional video cameras from the Sampling control generated high-frequency interference pulses on the Video line coupled and broadcast as interference and that on the other hand high from the magnetic resonance device Frequent interference fields in the sensitive camera electronics be coupled. With the measures according to the invention who the one of the video camera no operation of the Radiated interference signals influencing the magnetic resonance device, on the other hand, outgoing from the magnetic resonance device high-frequency signals not sensitive camera electronics to disturb. The electro-optical converter is preferably in built a "chip-on-board" technology that allows the advantages of a fiber optic in a very small space Use signal transmission.

Als Stromversorgung für die Videokamera kommen zum einen an timagnetische Batterien wie z. B. Litium-Batterien in Be tracht. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung läßt sich eine kompakte Videokamera aufbauen, wenn zumindest der Bildsensor und die Abtaststeuerung über ein in der Ab schirmung angeordnetes Durchführungsfilter und eine ge schirmte Zuleitung mit einer externen Gleichstromquelle ver bunden ist. Die Gleichstromquelle kann z. B. im Gehäuse eines neben dem Magnetresonanzgerät plazierten Monitors eingebaut sein, der auch die mit dem Endoskop sichtbaren Bereiche als Videobild darstellt.On the one hand, the power supply for the video camera arrives timagnetic batteries such as B. lithium batteries in Be dress. According to a particularly advantageous embodiment can build a compact video camera, if at least the image sensor and the scanning control via a in the Ab shielding feed-through filter and a ge shielded supply line with an external direct current source is bound. The DC power source can e.g. B. in the housing installed next to the magnetic resonance device placed monitor be the areas visible with the endoscope as Represents video image.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an hand von zwei Figuren erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention will follow hand explained by two figures. Show it:

Fig. 1 in einem Übersichtsbild eine an ein Endoskop gekop pelte Endoskopie-Videokamera im Einsatz zusammen mit einem diagnostischen Magnetresonanzgerät und Fig. 1 in an overview image an endoscopically coupled endoscopy video camera in use together with a diagnostic magnetic resonance device and

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit den wesentlichen Komponenten der Endoskopie-Videokamera nach Fig. 1. FIG. 2 shows a block diagram with the essential components of the endoscopy video camera according to FIG. 1.

In Fig. 1 ist innerhalb einer elektromagnetischen Abschirm kammer 2 ein offenes diagnostisches Magnetresonanzgerät 4 dargestellt. Das Magnetresonanzgerät 4 ist geeignet für Ein griffe an einem Patienten 6 unter Kontrolle von aktuell er stellten Magnetresonanz-Schnittbildern. Zusätzlich kann ein Arzt mit Hilfe eines MR-kompatiblen Endoskops 8 mikrochirur gische und minimalinvasive Operationen kontrollieren. Das En doskop besteht im wesentlichen aus einem Edelstahl-Endosko piestab mit einer darin befindlichen Optik. Am Betrachtungs ende 10 des Endoskops 8 ist mechanisch und optisch eine wei ter unten noch detaillierter beschriebene MR-kompatible Endo skopie-Videokamera 12 gekoppelt, die das im Sichtbereich des Endoskops 8 befindliche Untersuchungsgebiet in ein Videobild umwandelt. Das Videosignal der Video-Endoskopiekamera 12 wird über eine faseroptische Verbindungsleitung 14 einem in der elektromagnetischen Abschirmkammer 2 in Betrachtungsnähe für den Arzt angeordneten Monitor 16 zugeführt. Eine weitere faseroptische Verbindungsleitung 18 wird über einen hochfre quenzdichten Durchlaß 20 einem außerhalb der Abschirmkammer 2 befindlichen Monitor 22 zugeführt. Dem Monitor 22 kann zu sätzlich ein Videorecorder 24 zugeordnet sein.In Fig. 1, an open diagnostic magnetic resonance device 4 is shown within an electromagnetic shielding chamber 2 . The magnetic resonance device 4 is suitable for a grip on a patient 6 under the control of current magnetic resonance slice images. In addition, a doctor can check 8 microsurgical and minimally invasive operations with the help of an MR-compatible endoscope. The En doskop essentially consists of a stainless steel endosko piestab with an optic inside. At the viewing end 10 of the endoscope 8 is mechanically and optically coupled a ter ter described below in more detail MR-compatible endoscopy video camera 12 , which converts the examination area located in the field of view of the endoscope 8 into a video image. The video signal of the video endoscopy camera 12 is fed via a fiber-optic connection line 14 to a monitor 16 arranged in the electromagnetic shielding chamber 2 for the doctor, close to the viewing position. Another fiber optic connection line 18 is fed via a hochfre frequency-tight passage 20 to a monitor 22 located outside the shielding chamber 2 . The monitor 22 may be associated with additionally a VCR 24th

Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Video-Endoskopieka mera 12. Die Kamera ist umgeben von einer elektromagnetischen Abschirmung 26, die z. B. innerhalb eines mechanisch robusten Gehäuses als elektrisch leitfähige Folie oder elektrisch leitfähige Beschichtung ausgeführt ist. In dem Gehäuse und der elektromagnetischen Abschirmung 26 ist ein optisches Fenster 28 eingebracht, das von einem mit der elektromagneti schen Abschirmung 26 elektrisch verbundenen Rohrstück 30 um geben ist. Das Rohrstück 30 ist geeignet zur Aufnahme des Be trachtungsendes 10 des Endoskops 8 und dient zur Hochfre quenzabdichtung der durch das Fenster 28 in der elektromagne tischen Abschirmung 26 gebildeten Öffnung. Innerhalb der Ab schirmung 26 ist ein CCD-Bildsensor 32 (Charge-Coupled Device = ladungsgekoppeltes Bauelement) angeordnet. Fig. 2 shows the basic structure of the Video-Endoskopieka mera 12th The camera is surrounded by an electromagnetic shield 26 , which, for. B. is carried out within a mechanically robust housing as an electrically conductive film or electrically conductive coating. In the housing and the electromagnetic shield 26 , an optical window 28 is introduced, which is given by a piece of pipe 30 electrically connected to the electromagnetic shield 26 . The pipe section 30 is suitable for receiving the viewing end 10 of the endoscope 8 and is used for high frequency sealing of the opening formed by the window 28 in the electromagnetic shielding 26 . From the shield 26 , a CCD image sensor 32 (charge-coupled device = charge-coupled device) is arranged.

Der CCD-Bildsensor 32 wird in herkömmlicher Weise zur Erzeu gung des Videosignals gesteuert von einer Abtaststeuerung 34, die den zur Abtastung benötigten Takt im Megahertzbereich (MHz-Bereich) sowie weitere Steuersignale liefert. Der Video signalausgang 35 des CCD-Bildsensors ist - ggf. unter Zwi schenschaltung von Verstärkern und Signalfiltern - mit einem elektro-optischen Wandler 36 verbunden, der das elektrische Videosignal in ein optisches Videosignal wandelt. Dabei wird vorzugsweise wegen des benötigten kleinen Bauvolumens ein Wandler 36 eingesetzt, der nach der "Chip-on-board"-Techno logie hergestellt ist. Diese Technologie wird z. B. von der Firma Pritzel in Prutting beherrscht. Dabei werden verschie denartigste elektrische und elektronische Bauteile, anstatt jeweils einzeln mit einem Gehäuse zu versehen, zusammen in einem einzigen Gehäuse montiert und z. B. mittels einer Bondtechnik direkt miteinander kontaktiert. Diese Fertigungs technik ist im Prinzip aus der Halbleitertechnologie bekannt und erlaubt den Aufbau von miniaturisierten kundenspezifi schen Bauteilen mit hoher Komplexität.The CCD image sensor 32 is controlled in a conventional manner for generating the video signal by a scanning controller 34 , which supplies the clock required for scanning in the megahertz range (MHz range) and further control signals. The video signal output 35 of the CCD image sensor is connected to an electro-optical converter 36 which converts the electrical video signal into an optical video signal, possibly with the interposition of amplifiers and signal filters. Here, a converter 36 is preferably used because of the small volume required, which is manufactured according to the "chip-on-board" technology. This technology is used e.g. B. mastered by the company Pritzel in Prutting. Various types of electrical and electronic components, instead of being provided individually with a housing, are assembled together in a single housing and z. B. contacted directly by means of a bonding technique. This manufacturing technology is known in principle from semiconductor technology and allows the construction of miniaturized customer-specific components with high complexity.

An den elektro-optischen Wandler 36 sind hier die beiden faseroptischen Leitungen 14 und 18 angeschlossen. Bei kurzen Leitungen mit Längen zwischen 2 m und 5 m eignen sich Kunst stoff-Faserleitungen. Müssen größere Distanzen überbrückt werden, empfiehlt sich wegen der geringeren Frequenz-Dispen sion der Einsatz von Glasfaserleitungen. Gegebenenfalls kann für jede faseroptische Übertragungsstrecke ein eigener elek tro-optischer Wandler vorgesehen werden, die dann eingangs seitig parallel geschaltet sind. Die faseroptischen Leitungen 14, 18 sind über hochfrequenzdichte Durchführungen 38 bzw. 40 aus der Abschirmung 26 geführt. Alternativ können die Aus gänge des elektro-optischen Wandlers 36 auch mit in der Ab schirmung 26 angeordnete hochfrequenzdichte optische Stec kerteile verbunden sein. Die beiden faseroptischen Verbin dungsleitungen 14 und 18 können dann mit einem entsprechenden Gegenstecker lösbar mit der Video-Endoskopiekamera 12 verbunden werden.The two fiber-optic lines 14 and 18 are connected to the electro-optical converter 36 here. For short cables with lengths between 2 m and 5 m, plastic fiber cables are suitable. If larger distances have to be bridged, the use of fiber optic cables is recommended due to the lower frequency dispersion. If necessary, a separate electro-optical converter can be provided for each fiber-optic transmission link, which are then connected in parallel on the input side. The fiber-optic lines 14 , 18 are guided out of the shield 26 via high-frequency-tight bushings 38 and 40, respectively. Alternatively, the outputs from the electro-optical converter 36 can also be connected to high-frequency-tight optical plug parts arranged in the shield 26 . The two fiber optic connec tion lines 14 and 18 can then be detachably connected to the video endoscopy camera 12 with a corresponding mating connector.

Ein außerhalb der Video-Endoskopiekamera 12, jedoch innerhalb der elektromagnetischen Abschirmkammer 2 angeordnet es Netz teil 42 versorgt die elektrischen Komponenten der Video-Endo skopiekamera 12 mit elektrischer Energie. Dazu ist das Netz teil 42 über eine geschirmte Zuleitung 44 mit einem in der Abschirmung 26 der Endoskopie-Videokamera 12 angeordneten Durchführungsfilter 46 verbunden. Das Durchführungsfilter 46 verhindert das Eindringen und das Austreten von hochfrequen ten Störsignalen im Megahertzbereich in bzw. aus der Video-Endoskopiekamera 12. Als Netzteil 42 wird ein Linearregler eingesetzt, der mit nur geringen Abschirmmaßnahmen keine das Magnetresonanzgerät beeinträchtigende Störungen erzeugt. Soll zur Stromversorgung der Endoskopiekamera ein Schaltregler verwendet werden, muß dieser zur Vermeidung von Störungen au ßerhalb der elektromagnetischen Abschirmkammer 2 angeordnet werden. Die Gleichspannung wird dann über Durchführungsfilter in die Abschirmkammer 2 geführt. Auch in diesem Fall wird die Zuleitung 44 über ein in der Abschirmung 26 angeordnetes Durchführungsfilter mit den Stromversorgungsanschlüssen 48 der elektrischen Komponenten innerhalb der Endoskopiekamera 12 verbunden. Eine weitere Alternative für die Stromversor gung der Endoskopiekamera 12 besteht darin, daß Netzteil des Monitors 16 ebenfalls zur Stromversorgung der Endoskopieka mera 12 zu benutzen. Dann ist die Stromversorgungsleitung 44 mit dem Monitor 16 zu verbinden.An outside of the video endoscopy camera 12 , but arranged within the electromagnetic shielding chamber 2 , it is power supply 42 supplies the electrical components of the video endoscopy camera 12 with electrical energy. For this purpose, the network part 42 is connected via a shielded feed line 44 to a feedthrough filter 46 arranged in the shield 26 of the endoscopy video camera 12 . The feedthrough filter 46 prevents the penetration and emergence of high-frequency interference signals in the megahertz range into or out of the video endoscopy camera 12 . A linear regulator is used as the power supply unit 42 which, with only small shielding measures, does not produce any disturbances affecting the magnetic resonance apparatus. If a switching regulator is to be used to supply power to the endoscopy camera, this must be arranged outside the electromagnetic shielding chamber 2 to avoid interference. The DC voltage is then fed into the shielding chamber 2 via feedthrough filters. In this case too, the feed line 44 is connected to the power supply connections 48 of the electrical components within the endoscopy camera 12 via a feed-through filter arranged in the shield 26 . Another alternative for the power sup ply of the endoscopic camera 12 is that monitor power supply is 16 also to use to power the Endoskopieka mera 12th Then the power supply line 44 is to be connected to the monitor 16 .

Claims

1. Endoscopy video camera ( 12 ) with an image sensor ( 32 ) and an associated scanning control ( 34 ), characterized in that at least the image sensor ( 32 ) and the scanning control ( 34 ) are surrounded by an electromagnetic shielding ( 26 ) that inside the shield ( 26 ) an electro-optical converter ( 36 ) is arranged, the input side of which is connected to a video signal output ( 35 ) of the image sensor ( 32 ) and the output side is connected to fiber-optic transmission means ( 14 , 18 ) for transmitting an optical video signal from the Shield ( 26 ) out.

2. Endoscopy video camera according to claim 1, characterized in that the image sensor ( 32 ) is designed as a CCD image sensor.

3. Endoscopy video camera according to claim 1 or 2, characterized in that at least the image sensor ( 32 ) and the scanning control ( 34 ) via a feed-through filter ( 46 ) arranged in the shield ( 26 ) and a shielded feed line ( 44 ) with a external DC power source ( 42 ) is connected.