Endoskop und Verfahren zum Betreiben eines Endoskops Diese Erfindung betrifft ein Endoskop gemäß dem Gattungsbe ^¬ griff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Endoskops gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 15.

Es ist eine bekannte Motivation für einen Patienten den chi- rurgischen Eingriff so gering belastend wie möglich zu gestalten. Aus dieser Motivation heraus hat sich die so genannte Minimal-invasive Chirurgie entwickelt, die sich durch ein kleinstmögliches Trauma beim operativen Eingriff auszeichnet. Bei der Minimal-invasiven Chirurgie, die beispielsweise mit Laparoskopen durchgeführt wird, hat der Arzt in der Regel keinen unmittelbaren Einblick in den Situs der OP. Um dennoch eine bestmögliche räumliche Orientierung zu bekommen, können 3D Endoskope eingesetzt werden. Diese Endoskope erlauben es, den Situs in 3D zumindest teilweise zu erfassen und z.B. auch für Dokumentationszwecke aufzunehmen.

Ein bekannter Ansatz ist das so genannte NOTES (Natural

Orifice Transluminal Endoscopic Surgery) , welches als gleich- bedeutend mit der minimal invasiven Chirurgie ohne Narben zu sehen ist, stellt eine Weiterentwicklung der laparoskopischen Minimal-invasiven Chirurgie dar. Hierbei werden natürliche Körperöffnungen genutzt, um sichtbare Narben nach der OP zu vermeiden .

Für einen Arzt besteht somit das technische Problem, sich im Körper des Patienten nur über den laparoskopischen Einblick zu orientieren, die räumlichen Gegebenheiten sicher zu erfassen und unbeabsichtigte Verletzungen von Organen und Gefäßen z.B. mit den scharfen Skalpellklingen möglichst auszuschließen. Bei NOTES wird diese Fragestellung noch verschärft, da dort der Zugang von Stellen gewählt wird, wo man später keine Narben sieht und man somit nicht unbedingt einen kurzen und geradlinigen Zugangsweg zum Situs hat.

Die 3D-Endoskopie ist eine sehr neue Technologie für die Mi- nimal-invasive Chirurgie, die gerade erst vor der Einführung steht. Somit gibt es aktuell keine Lösung, die außerhalb von Versuchslaboren im alltäglichen medizinischen Einsatz ist. Für die Einführung und Akzeptanz der 3D-Endoskopie, d.h. möglichst breiten Ansatz im medizinischen Bereich aber auch ins- besondere für einen Erweiterung des Anwendungsspektrums der Minimal-invasiven Chirurgie auf weitere Krankheitsbilder mit z.B. erschwerter Zugänglichkeit zum Situs oder bei erhöhtem Risikopotential für ungewollte Verletzung von Organen, Gefä ^¬ ßen oder Nervenbahnen, gilt es die resultierenden technischen Herausforderungen zu bewältigen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es eine Lösung anzugeben, die die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen verbessert, insbesondere in dem sie eine weitergehende Traumareduzierung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch das Endoskop gemäß dem Gattungsbe ^¬ griff des Anspruchs 1 durch dessen Merkmale gelöst sowie durch das Verfahren zum Betreiben eines Endoskop gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 15 durch dessen Merkmale ge ^¬ löst.

Bei dem erfindungsgemäßen Endoskop, insbesondere zur medizinischen Anwendung, vorzugsweise in der minimalinvasiven Chi- rurgie, sind am distalen Ende des Außenrohres des Endoskops auf zumindest einer ersten zum hinsichtlich Kreisquerschnitt des Außenrohres konzentrisch verlaufenden Kreisbahn eine Vielzahl von ersten Kameras, vorzugsweise auf der Kreisbahn gleichverteilt angeordnet und funktional miteinander und/oder dem Endoskop verbunden, wobei die Kameras mit einem Kamera ^¬ durchmesser ausgestaltet sind, dessen Verhältnis zum Durch ^¬ messer des Kreisquerschnitts, insbesondere dem so genannten Arbeitsdurchmesser, höchsten 1 zu 6 bis 1 zu 12 beträgt. Mit dem erfindungsgemäßen Endoskop wird eine plenoptische Er ^¬ fassung ermöglicht, wie beispielsweise bei den bekannten Lichtfeldkameras, bei denen im Unterschied zu herkömmlichen Kameras zwischen Objektiv und Kameradetektor ein Linsenarray, das das vom Objektiv eingefangene Lichtfeld aufteilt und in unterschiedlichen Detektorbereichen abbildet. Die Aufteilung und Abbildung in unterschiedlichen Detektorbereichen wird demgegenüber jedoch durch die Vielzahl der Kameras gemäß Erfindung ermöglicht.

Mit der erfindungsgemäßen möglichen Aufteilung auf die Vielzahl von Kameras entstehen technisch unabhängige, parallel arbeitende Sub-Kameras, die aber so betrieben werden, dass sie eine räumlich feste und bekannte Zuordnung zueinander ha- ben.

Mit dieser erfindungsgemäß bei Endoskopen einsetzbaren Funktion gemäß Lichtfeldkamera bzw. plenoptischer Kamera wird es ebenso möglich ein Merkmal des Objektraums in mehreren Subka- meras zu erfassen, so dass ein weiterer Vorteil der Erfindung darin liegt, dass auf die räumliche Tiefe des Objektpunktes geschlossen und so eine 3D Information für den jeweiligen Bildpunkt gewonnen werden kann. Ein Weiterer Vorteil besteht darin, dass die Erfindung im Gegensatz zu Lichtfeldkameras, die in Endoskopen nicht oder nur sehr beschränkt benützt werden können, weil sie für den Zu ^¬ gang, beispielsweise der Nutzung in der minimalinvasiven Chirurgie am OP Situs stark im Durchmesser beschränkt sind.

Im OP Situs sind typische Durchmesser 8, 10 oder max . 12 mm. Erfindungsgemäß wird es nun möglich in diesem Durchmesser das optische System zur Bilderfassung unterzubringen und dabei auch einen freien Durchgangskanal von einigen mm Durchmesser - z.B. 6 mm - über den der Arzt die benötigten Werkzeuge und Instrumente in den OP-Situs einbringen kann, zu gewährleis ^¬ ten . Dies wird durch die anspruchsgemäße Beschränkung erreicht, da sich die erfindungsgemäß möglichen Kamerasysteme nun sehr kompakt einsetzen lassen können. Weitere Vorteile sind durch die in den Unteransprüchen ange ^¬ gebenen Weiterbildungen gegeben.

Kompaktheit und zugleich ein Mindestmaß an Licht ist gesi ^¬ chert, wenn das Endoskop derart weitergebildet ist, dass die Gleichverteilung derart ausgestaltet ist, dass zumindest zwi ^¬ schen zwei der ersten Kameras zumindest ein erstes Beleuch ^¬ tungsmittel angeordnet ist.

Eine Steigerung der aufgeteilten Lichtkanäle wird erreicht, wenn das Endoskop so weitergebildet wird, dass auf mindestens einer zweiten mit einem im Vergleich zur ersten Kreisbahn einen größerem Radius aufweisenden zweiten Kreisbahn eine Vielzahl von zweiten Kameras und/oder zweite Beleuchtungsmittel gleichverteilt angeordnet sind, wobei zusätzliche Beleuch- tungsmittel zum einen eine bessere Ausleuchtung gewährleisten aber auch weitere durch die Belichtung über die reine Ausleuchtung hinausgehende Funktionen bieten.

Sind weitere kreisrunde Anordnungen von Kameras und Beleuch- tungsmittel angedacht, kann die Kompaktheit besonders unter ^¬ stützt werden, wenn das Endoskop derart weitergebildet ist, dass die Gleichverteilung der ersten und/oder zweiten Kameras auf der ersten und/oder zweiten Kreisbahn derart ausgestaltet ist, dass in den Zwischenräumen der ersten Kameras auf einer jeweils nächstfolgenden Kreisbahn die zweite Kameras wabenartig zwischen den ersten Kameras positioniert sind bzw. das Endoskop derart weitergebildet ist, dass die Gleichverteilung der ersten und/oder zweiten Kameras auf der ersten und/oder zweiten Kreisbahn derart ausgestaltet ist, dass in den Zwi- schenräumen der ersten Kameras die auf einer jeweils nächst ^¬ folgenden Kreisbahn gleichverteilten zweiten Beleuchtungsmittel wabenartig zwischen den ersten Kameras positioniert sind. Sind bei dem Endoskop die ersten und/oder zweiten Beleuchtungsmittel derart ansteuerbar und ausgestaltet, dass sie einzeln und/oder mindestens in Gruppen zumindest temporär Licht unterschiedlicher Wellenlänge abgeben können, können die Kameras und/oder Beleuchtungsmittel beispielsweise derart angesteuert werden, dass Farbfolgen abgegeben und dies aufge ^¬ nommen wird, so dass bei nicht farbselektiven Kameras Farb ^¬ bilder erzeugt werden können. Wenn das Endoskop derart weitergebildet wird, dass zumindest Teilen der ersten und/oder zweiten Kameras Prismen als Vorsatzelemente, insbesondere abgeschlossen von einem Deckglas, im Erfassungsfeld der Kamera vorgeordnet sind, kann die An ^¬ ordnung optimiert werden. Um beispielsweise eine Vergrößerung des ausgeleuchteten Bereiches zu erzielen, kann das Endoskop dabei bevorzugt derart weitergebildet sein, dass die prisma ^¬ tischen Vorsatzelemente dass deren Ausrichtung lenkbar ausgestaltet ist. Der Einsatz eines Deckglases ist besonders von Vorteil, weil damit die Kameras abgedeckt werden und eine gemeinsame glatte Fläche zum Reinigen und Desinfizieren bietet sowie die Kame ^¬ ras schützt. Das Deckglas kann dabei vorteilhaft durch eine Anti-Reflex Schicht weitergebildet sein, um eine Wechselwir- kung von Beleuchtung und Kameras zu minimieren.

Alternativ oder ergänzend kann das Endoskop derart weiterge ^¬ bildet sein, dass zumindest Teilen der ersten und/oder zweiten Kameras Filter, insbesondere zueinander orthogonale Pola- risationsfilter, im Erfassungsfeld der Kameras vorgeordnet sind. Dies kann u.a. einer dreidimensionalen Abbildung des Gewebes dienlich sein.

Vorteilhaft ist es auch das Endoskop derart auszugestalten, dass zumindest Teilen der ersten und/oder zweiten Kameras Linsen, insbesondere vergrößernde Linse, im Erfassungsfeld der Kameras vorgeordnet sind. Dreidimensionale Abbildungen werden ebenfalls unterstützt wenn alternativ oder ergänzend das Endoskop derart weiterge ^¬ bildet wird, dass mindestens ein erstes und/oder ein zweites Beleuchtungsmittel zur Projektion von Mustern ausgestaltet ist .

Unter anderem einen größeren Aktionsradius und mehr Flexibilität bei der Navigation des Endoskops erhält man, wenn es derart weitergebildet ist, dass die ersten Kameras und/oder die zweiten Kameras auf zumindest einem Teilabschnitt des distalen Endes des Außenrohrs derart angeordnet und funktio ^¬ nal miteinander verbunden sind, dass sie separat und/oder gemeinsam drehbar sind. Vorzugsweise wird das Endoskop derart weitergebildet, dass die ersten Kameras, zweiten Kameras, ersten Beleuchtungsmit ^¬ tel, zweiten Beleuchtungsmittel und/oder Filter derart mit einer Datenerfassungseinheit funktional verbunden und ange ^¬ ordnet sind, dass die Datenerfassungseinheit die Daten der einzelnen Kameras erfassen und/oder die Beleuchtungsmittel und/oder Filter derart ansteuern kann, dass eine 3D Bilddarstellung berechnet werden kann. Hierdurch wird unter anderem eine effektive und optimale Abstimmung der einzelnen Anord ^¬ nungselemente erreicht.

Ferner wird das Endoskop vorzugsweise derart weitergebildet, dass die ersten und/oder zweiten Kameras einen Durchmesser von maximal 1mm aufweisen. Hierdurch wird die Kompaktheit unterstützt und ein insgesamt sehr kleiner Gesamtdurchmesser der Anordnung erreicht, so dass sie insbesondere für die me ^¬ dizinische Anwendung geeignet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Endoskops, insbesondere zur medizinischen Anwendung, vorzugsweise in der minimalinvasiven Chirurgie, werden am distalen Ende des Außenrohrs des Endoskops auf zumindest einer ersten zum hinsichtlich Kreisquerschnitt des Außenrohrs konzentrisch verlaufenden Kreisbahn eine Vielzahl von ersten Kameras, vor- zugsweise auf der Kreisbahn gleichverteilt angeordnet und funktional miteinander und/oder dem Endoskop verbunden betrieben, wobei die Kameras mit einem Kameradurchmesser ausgestaltet sind, dessen Verhältnis zum Durchmesser des Kreis- querschnitts , insbesondere dem so genannten Arbeitsdurchmes ^¬ ser, höchstens 1 zu 6 bis 1 zu 12 beträgt.

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise werden die bei den gegenständlichen Ansprüchen angegebenen Vorteile mutatis mutandis verwirklicht.

Ebenso wie das erfindungsgemäße Verfahren durch die Implemen ^¬ tierung des Verfahrens die in der Anordnung angelegten und gegebenen Vorteile durch geeigneten Betrieb zu verwirklichen hilft, gilt dies für die Weiterbildungen des Verfahrens, wel ^¬ che durch Schritte zum Betreiben der Anordnungsmerkmale, ins ^¬ besondere Mittel, gekennzeichnet ist, gemäß des vorstehend beschriebenen Endoskops und einen seiner Weiterbildungen, durchgeführt werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun ausgehend von dem in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt die als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Kreis querschnitt schematisch eine erfindungsgemäß mögli che Anordnung der Kameras

In der FIGUR ist im Querschnitt eine Form des Durchgangska- nals DK eines Endoskops ES dargestellt. Es ist zu sehen, dass auf einer ersten Kreisbahn KB1 gleichverteilt eine Vielzahl erster Kameras Kl angeordnet sind, wobei zum Zwecke der Opti ^¬ mierung oder Unterbringung anderer Elemente von der Gleichverteilung abgerückt werden kann.

Ferner ist zu erkennen, dass zwischen den ersten Kameras Kl Raum ist, welcher bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von Beleuchtungsmitteln BM versehen ist. Auf einer zweiten Kreisbahn KB2, die einen größeren Radius aufweist, als die erste Kreisbahn KB1 sind eine Vielzahl zweiter Kameras K2 angeordnet. Zu erkennen ist, dass die zweiten Kameras K2 derart angeord ^¬ net sind und der Radius der zweiten Kreisbahn KB2 derart ge ^¬ wählt ist, dass die zweiten Kameras K2 zwischen den ersten Kameras Kl zu liegen kommen können, so dass der Durchmesser der Gesamtanordnung trotz der zweiten Reihe KB2 von Kameras K2 kleinstmöglich ausgestaltet ist.

Wie zu erkennen ist sind eine Vielzahl von unabhängigen kleinen Kameras K1...K2 - Hersteller beispielsweise „Medigus" - im Umkreis des Durchgangskanals DK angeordnet. Die dargestellten Kameras K1....K2 haben einen Durchmesser im Bereich von 1 mm, so dass solche Kameras erfindungsgemäß mehrreihig angeordnet werden können. Also wie in dem Ausführungsbeispiel darge ^¬ stellt, beispielsweise in konzentrischen Kreisen oder in einer Art hexagonaler Struktur, d.h. wabenartig kompakt.

Die in den Zwischenräumen der Kameras K1...K2 angeordneten Elemente zur Beleuchtung BM des Erfassungsbereichs können auch farblich angesteuert werden, um beispielsweise Gewebe zu dif ^¬ ferenzieren oder bei Beleuchtung mit einer Farbfolge und nicht farbselektiven Kameras um Farbbilder zu erzeugen.

Ferner können in den Zwischenräumen der Kameras auch Musterprojektoren vorgesehen sein, um bei strukturarmen Objekten im Erfassungsbereich über die projizierten Muster dennoch eine 3D Bildaufnahme für eine nachfolgende Auswertung erstellen zu können .

Der Vorteil der Kameras K1...K2 im äußeren Bereich des

Endoskopquerschnitts ES hat gleich mehrere Vorteile

gegenüber dem Stand der Technik und dem typischen Aufbau von plenoptischen Kameras. Diese Vorteile und weitere Ausgestal- tungsdetails/-varianten sind: a) Das Risiko einer Abschattung wird minimiert, da eine größere Zahl verteilter Kameras K1...K2 vorhanden ist. b) Der größere Abstand der Kameras zueinander vergrößert die Basis für die Tiefenauswertung für eine Triangulation, was die erreichbare Messgenauigkeit steigert. c) Durch prismatische Vorsatzelemente vor den Kameras, bei ^¬ spielsweise in Kombination mit einem Deckglas zum Geräteab- schluss, können die Blickrichtungen der einzelnen Kameras

K1...K2 noch gezielt umgelenkt werden, um die 3D-Erfassung im Messbereich zu optimieren bzw. den erfassten Raumwinkelbereich für das Endoskop ES zu erfassen. Es entsteht so ein Bildaufnahmesystem, das dem Auge einer Libelle sehr ähnelt und das sehr leistungsfähig ist. d) Die unterschiedlichen Blickrichtungen der Kameras K1...K2 gemäß c) können dazu genutzt werden, das System auch gegen Reflexe robuster zu machen, indem es immer mindestens eine Kameras geben sollte, die einen Bereich erfasst, aber nicht einen Reflex einer Lichtquelle auffängt. e) Da die kompakten Kameras K1...K2 in der Spitze - also im distalen Endes des Endoskops ES - angeordnet sind, könnten die in Bezug auf den Durchgangskanal DK auch drehbar angeord ^¬ net sein, um dem Operateur eine bestmögliche Sicht mit mini ^¬ malen Störeiflüssen auf den Situs zu ermöglichen. f) Die unterschiedlichen Kameras K1...K2 der Kameraanordnung könnten auch mit zumindest teilweise polarisierenden Filtern ausgestattet sein, um Oberflächenneigungen über eine veränderte Intensität der in Kameras mit unterschiedlicher Polarisationsrichtung aufgenommen Bilder zu erhalten - Stichwort: „Shape from Polarisation" g) Wenn die Kameras K1...K2 über Polarisationsfilter verfügen, können die prismatischen Elemente aus c) auch z.B. mittels elektrooptischer Komponenten einstellbar gemacht werden, so dass der Erfassungsbereich des Endoskops einstellbar wird. Ebenso gut könnten die einzelnen Kameras K1...K2 über Zoomlinsen verfügen, die in Kombination mit den Umlenkelementen gem. c) dann auch einen einstellbaren Erfassungsbereich bewirken. h) Ein weiterer Vorteil der Kameraanordnung am distalen Ende liegt darin, dass die Kameras und die Beleuchtungseinhei ^¬ ten etwas Wärme abgeben, so dass beispielsweise ein Beschla ^¬ gen der Frontgläser des Endoskop vermieden werden kann. i) Alternativ oder ergänzend am distalen Ende auch zusätzliches Heizelement anzuordnen oder auf vorteilhafte Weise, beispielsweise in Zeiten in denen keine Bilder aufgenommen werden, auch die LED zum Heizen zu verwenden, um die

Endoskoptemperatur auf bzw. knapp über (z.B. 45 °C) der Umgebungstemperatur (max. 42 °C) des untersuchten Lumens am Situs zu halten. j) Hierzu kann ferner vorteilhaft zusätzlich eine Regelung vorgesehen werden, die hierzu einen Temperatursensor und eine Steuerung oder eine optische Beschlagerkennung aufweist. k) Die konstante Temperatur hat auch den Vorteil, dass die Geometrie am Endoskop konstant bleibt, was der geometrischen Messgenauigkeit zugutekommt.

Es hat auch den Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, dass Störzeiten minimiert und so die Narkosezeit für den Patienten gekürzt werden können, bei einem Beschlagen der Frontgläser an Endskopen die Ärzte nicht wie derzeit üblich sich durch

Vorheizen mittels Eintauchen in heißes Wasser (60 - 80 °C bis kochend) bzw. Eintauchen in Anti-Beschlag-Mittel (Alkohol), welches regelmäßig wiederholt werden muss, behelfen müssen. 1) Vorteilhaft ist auch eine Weiterbildung des erfindungs ^¬ gemäßen Endoskops derart, dass es mindestens einen Arbeitska ^¬ nal für den ärztlichen Eingriff aufweist. m) Hierzu ist es vorteilhaft, wenn das genannte Deckglas entsprechende Durchbrüche für den mindestens einen Arbeitska ^¬ nal aufweist. Das Endoskop ES weist gemäß Ausführungsbeispiel zudem noch eine mit den Kameras K1...K2 verbundene nicht dargestellte Da ^¬ tenerfassungseinheit auf, die aus den Bildinformationen der einzelnen Kameras unter Einbeziehung der Information zu den in a) - g) beschriebenen Einstellungen dann eine 3D- Bilddarstellung berechnen, visualisieren und auswerten kann. Ferner kann die Datenerfassungseinheit auch für die Ansteue- rung der Beleuchtung BM in Helligkeit, Verteilung, Farbe, Musterprojektion etc. angewendet werden und auch für die An- steuerung möglicher Zoomlinsen oder elektrooptischer Stell- elemente. Hier sind selbstverständlich auch Regelkreise mög ^¬ lich zur Optimierung der Einstellungen aufgrund der aufgenommen Bilder oder zur gezielten Einstellung von gewünschten Abbildungsmodalitäten . Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel der An ^¬ ordnung oder der beschriebenen Verfahrensaspekte und (Anord- nungs- ) Varianten eingeschränkt. Vielmehr umfasst sie alle Kombinationen und Ausgestaltungsvarianten, die durch die Ansprüche gegeben sind und dabei u.a. eines oder mehrere der folgenden Merkmale/Vorteile aufweisen:

• Kombination einer Vielzahl kompakter und verteilter Kameras/Sehkanäle · Große Basislänge für hohe 3D Messgenauigkeit

• Drehbare Aufnahmeeinrichtung

• Einstellbarer Raumwinkel für Erfassungsbereich

• „Mischung" von Kameras mit Beleuchtungselementen im ringförmigen Bereich zwischen Durchgangskanal und Außenrohr des Endoskops, wobei das bei Systemen ohne Durchgangskanal über den gesamten verfügbaren Querschnitt des Endoskops erfolgen kann

• Auswerteeinheit mit den beschriebenen Eigenschaften

Darstellungseinheit für die Bilddarstellung