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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung ist allgemein auf die Erzeugung von diffusem
Infrarotlicht gerichtet. Insbesondere ist die Erfindung auf ein
System zum Beleuchten eines Objekts mit diffusem Infrarotlicht und
Erzeugen eines Videobildes des Objekts basierend auf reflektiertem
Infrarotlicht gerichtet.
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Hintergrund
der Erfindung
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Einige
medizinische Verfahren und Behandlungen erfordern es, dass ein Arzt
ein Blutgefäß in einem
Arm oder anderen Gliedmaßen
eines Patienten lokalisiert. Dies kann eine schwierige Aufgabe sein, insbesondere,
wenn das Blutgefäß unter
einer erheblichen Ablagerung von unter der Haut gelegenem Fett liegt.
Die Leistungsfähigkeit
früherer
Abbildungssysteme, die zur Unterstützung der Untersuchung von
solchen Blutgefäßen entworfen
wurden, war mangelhaft.
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Deshalb
wird ein System zur Erhöhung
des visuellen Kontrastes zwischen Blutgefäßen, die unter der Haut liegen,
und umliegendem Gewebe benötigt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorgehend genannten und andere Erfordernisse werden durch ein Abbildungssystem
zum Betrachten von Körpergewebe
unter diffuser Infrarotbeleuchtung zur Verbesserung der Sichtbarkeit
von unter der Haut gelegenen Blutgefäßen erfüllt. Das Abbildungssystem umfasst
ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten des Körpergewebes mit Infrarotlicht, das
das Körpergewebe
aus einer Mehrzahl von verschiedenen Beleuchtungseinrichtungen erreicht.
Daher liefert das Beleuchtungssystem diffuses Infrarotlicht an das
Körpergewebe.
Das Abbildungssystem umfasst auch ein Videoabbildungsgerät zum Betrachten
des Körpergewebes,
zum Empfangen des diffusen Infrarotlichts, das von dem Körpergewebe reflektiert
wird, und zum Erzeugen eines Videobildes des Körpergewebes, basierend auf
dem diffusen Infrarotlicht, das von dem Körpergewebe reflektiert wird.
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Unter
Verwendung der hierin beschriebenen Erfindung können unter der Haut gelegene
Blutgefäße leicht
in dem Videobild gesehen werden, die unter weißem Licht oder unter nicht-diffusem
Infrarotlicht nur schwer zu sehen sind, wobei die unter der Haut gelegenen
Blutgefäße als schwarze
Linien gegen einen helleren Hintergrund von umgebendem Fleisch erscheinen.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung umfasst das Beleuchtungssystem eine Infrarotlichtquelle
zum Erzeugen des Infrarotlichts und eine Lichtstreuanordnung zum
Streuen des Infrarotlichts. Die Streuanordnung hat eine Eingangsöffnung zum
Empfangen des Infrarotlichts von der Infrarotlichtquelle und mehrere
innere reflektierende Oberflächen.
Die reflektierenden Oberflächen
reflektieren das Infrarotlicht mehrmals und in mehrere Richtungen,
wodurch das diffuse Infrarotlicht erzeugt wird. Die Streuanordnung
hat auch eine Ausgangsöffnung zum
Empfangen des diffusen Infrarotlichts, das von der Mehrzahl der
Oberflächen
reflektiert wurde, und zum Aussenden des diffusen Infrarotlichts
in Richtung auf das Körpergewebe.
Das System umfasst weiterhin ein Videoabbildungsgerät zum Empfangen des
diffusen Infrarotlichts, das von dem Körpergewebe reflektiert wird
und zum Erzeugen eines Videobildes des Körpergewebes, basierend auf
dem reflektierten Infrarotlicht.
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In
einigen bevorzugten Ausführungsformen umfasst
die Streuanordnung eine längliche äußere Umhüllung mit
reflektierenden inneren Oberflächen und
eine längliche
innere Umhüllung,
die innerhalb der äußeren Umhüllung angeordnet
ist.
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Die
innere Umhüllung
hat reflektierende äußere Oberflächen, die
den inneren Oberflächen
der äußeren Umhüllung gegenüber liegen.
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In
anderen bevorzugten Ausführungsformen stellt
die Erfindung ein Beleuchtungssystem zum Erhöhen des visuellen Kontrasts
zwischen hellen und dunklen Bereichen eines Objekts bereit, wie
es von einem direkten Beobachter des Objekts wahrgenommen wird.
Das System umfasst eine Infarotlichtguelle zum Erzeugen von Infrarotlicht
und eine Anordnung zum Zerstreuen des Infrarotlichts. Die Streuanordnung
hat eine Eingangsöffnung
zum Empfangen des Infrarotlichts von der Infrarotlichtquelle und
mehrflache reflektierende Oberflächen,
um das Infrarotlicht mehrere Male und in mehrere Richtungen zu reflektieren,
wodurch das diffuse Infrarotlicht erzeugt wird. Die Streuanordnung
hat auch eine Ausgangsöffnung zum
Empfangen des diffusen Infrarotlichts, das von den reflektierenden
Oberflächen
reflektiert wird, und zum Aussenden des diffusen Infrarotlichts
in Richtung auf das Objekt. Das System umfasst weiterhin ein Videoabbildungsgerät zum Messen
des diffusen Infrarotlichts, das von dem Objekt in der Form eines Bildes
reflektiert wird, und zum Erzeugen eines Video–Ausgangssignals, das das Bild
darstellt. Ein Videoprojektor empfängt das Videoausgangssignal von
dem Videoabbildungsgerät
und projiziert sichtbares Videoprojektorlicht auf das Objekt, wodurch
ein visuelles Bild entsteht, das das von dem Videoabbildungsgerät empfangene
visuelle Bild darstellt. Das von dem Videoprojektor beleuchtete
visuelle Bild beleuchtet das Objekt aus derselben Perspektive, aus der
das Videoabbildungsgerät
das Objekt sieht. Daher überlagern
die Merkmale des projizierten visuellen Bildes die entsprechenden
Merkmale des Objekts. Das System umfasst einen Filter zum Unterscheiden
zwischen dem diffusen Infrarotlicht und dem sichtbaren Videoprojektorlicht.
Der Filter verhindert, dass das sichtbare Videoprojektorlicht das
Videoabbildungsgerät
erreicht, während
es erlaubt, dass das diffuse Infrarotlicht, das von dem Objekt reflektiert
wird, das Videoabbildungsgerät
erreicht. Deshalb eliminiert der Filter die positive Rückkopplung, die
den gewünschten
visuellen Effekt verringern würde.
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In
weiterer Hinsicht liefert die Erfindung ein Verfahren zum Betrachten
von Körpergewebe
unter Infrarotbeleuchtung, um die Sichtbarkeit von Blutgefäßen zu verbessern,
die unter der Haut liegen. Das Verfahren umfasst den Schritt des
Bereitstellens von Infrarotlicht an Körpergewebe aus mehreren verschiedenen
Beleuchtungsrichtungen, wodurch das Körpergewebe mit diffusem Infrarotlicht
beleuchtet wird. Das Verfahren umfasst auch das Betrachten des Körpergewebes
aus verschiedenen Betrachtungsrichtungen unter Verwendung eines
Videoabbildungsgeräts
und das Erzeugen eines Videobildes des Körpergewebes basierend auf dem
diffusen Infrarotlicht, das von dem Körpergewebe reflektiert wird.
Durch Verwendung des Videobildes des Körpergewebes können die
Blutgefäße gefunden
werden, die unter der Haut liegen.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Weitere
Vorteile der Erfindung werden offensichtlich durch Bezug auf die
detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, wenn sie zusammen
mit den Zeichnungen betrachtet werden, die nicht maßstabsgerecht
sind, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente in den folgenden
Zeichnungen bezeichnen:
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1 stellt
ein Abbildungssystem zum Betrachten eines Objekts unter Infrarotbeleuchtung
entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform dar;
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2a und
b sind perspektivische Ansichten des Abbildungssystems, das diffuses
Infrarotlicht entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung verwendet;
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3 und 4 sind
Querschnittsansichten des Abbildungssystems entsprechend einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung;
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5 ist
ein funktionales Blockdiagramm des Abbildungssystems entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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6a ist
eine perspektivische Ansicht des Abbildungssystems, das diffuses
Infrarotlicht entsprechend einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung verwendet;
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6b ist
eine Querschnittsansicht des Abbildungssystems von 6a;
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7a ist
eine perspektivische Ansicht des Abbildungssystems, das diffuses
Infrarotlicht entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verwendet;
und
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7b ist
eine Querschnittsansicht des Abbildungssystems von 7a.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform Haut und einige
weitere Körpergewebe
reflektieren Infrarotlicht im nahen Infrarotbereich von ungefähr 700 – 900 nm,
wobei Blut Strahlung in diesem Bereich absorbiert. In Videobildern von
Körpergewebe,
die unter Infrarotbeleuchtung aufgenommen sind, erscheinen Blutgefäße deshalb als
schwarze Linien gegen einen helleren Hintergrund von umgebendem
Fleisch. Aufgrund des reflektierenden Charakters von Fett, das unter
der Haut liegt, können
allerdings Blutgefäße, die
unter erheblichen Ablagerungen solchen Fetts liegen, schwierig oder
unmöglich
zu sehen sein, wenn sie mit direktem Licht beleuchtet werden, d.h.
mit Licht, das im Allgemeinen aus einer einzigen Richtung kommt.
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Der
Erfinder hat herausgefunden, dass, wenn ein Bereich des Körpergewebes
mit einer signifikanten Ablagerung von unter der Haut liegendem Fett
im nahen Infrarotbereich unter Beleuchtung von stark diffusem und
infrarotem Licht abgebildet wird, es einen wesentlich höheren Kontrast
zwischen den Blutgefäßen und
dem umgebenden Fleisch gibt, als wenn das Gewebe unter direkter
Infrarotbeleuchtung betrachtet wird. Obwohl die Erfindung nicht
durch irgendeine bestimmte Theorie des Vorgangs beschränkt werden
sollte, erscheint es, dass das meiste diffuse Inf rarotlicht, das
von dem unter der Haut liegenden Fett reflektiert wird, von der
Betrachtungsrichtung weg gerichtet ist. Wenn deshalb stark diffuses
Infrarotlicht verwendet wird, um das Gewebe zu beleuchten, wird
der gewünschte
visuelle Kontrast zwischen den Blutgefäßen und dem umgebenden Fleisch
beibehalten.
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1 zeigt
ein Abbildungssystem 2 zum Beleuchten eines Objekts 32,
z.B. Körpergewebe,
mit stark diffusem Infrarotlicht und zum Erzeugen eines Videobildes
des Objekts 32 basierend auf Infrarotlicht, das von dem
Objekt 32 reflektiert wird. Wie hierin detailliert beschrieben,
können
Blutgefäße, die
in dem Gewebe unter Fett liegen, das unter der Haut liegt, in dem
von dem System 2 erzeugten Videobild klar gesehen werden,
wenn es sich bei dem Objekt 32 um Körpergewebe handelt.
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Das
Abbildungssystem 2 umfasst ein Beleuchtungssystem 10,
das das Objekt 32 mit Infrarotlicht aus mehreren verschiedenen
Beleuchtungsrichtungen beleuchtet. Das System 10 umfasst
mehrere Infrarotlichtquellen 10a – 10f wobei jede Infrarotlicht an
das Objekt 32 aus einer anderen Beleuchtungsrichtung liefert.
Die Richtungen, aus denen das Infrarotlicht aus jeder Lichtquelle 10a – 10f kommt,
sind in 1 durch Strahlen 4a – 4f bezeichnet.
Wie in 1 gezeigt, reichen die Richtungen, aus denen das
Infrarotlicht kommt, von senkrecht oder nahezu senkrecht zur Oberfläche des
Objekts 32 bis hin zu parallel oder nahezu parallel zur
Oberfläche
des Objekts 32. Da die Infrarotbeleuchtung bei dem Objekt 32 aus
einem solchen großen
Bereich von Beleuchtungsrichtungen kommt, ist die Infrarotbeleuchtung stark
diffus.
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Wie
im Folgenden detailliert beschrieben, sind die Lichtquellen 10a – 10f vorzugsweise
Licht reflektierende Oberflächen,
die das Licht von einer einzigen Lichtquelle auf das Objekt 32 richten.
In anderen Ausführungsformen
sind die Lichtquellen 10a – 10f individuelle
Lichtquellen oder Kombinationen von Lichtquellen und Reflektoren.
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Das
Abbildungssystem 2 umfasst auch ein Abbildungsgerät 38,
z.B. eine Videokamera, um das Objekt 32 zu betrachten.
Das Abbildungsgerät 38 betrachtet
das Objekt 32 aus einer Betrachtungsrichtung, die in 1 durch
den Pfeil 6 dargestellt ist. Das Abbildungsgerät 38 empfängt das
diffuse Infrarotlicht, das von dem Objekt 32 reflektiert
wird, und erzeugt ein elektronisches Videobild des Objekts 32, basierend
auf dem reflektierten Infrarotlicht.
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In 2a und 2b ist
eine bevorzugte Ausführungsform
des Beleuchtungssystems 10 gezeigt. 3 stellt
eine Querschnittsansicht des Systems 10 dar, das dem Schnitt
A – A
entspricht, das in 2a – b gezeigt ist. Das System 10 umfasst
vorzugsweise eine Lichtquelle 12, die Licht in ein Ende einer
Lichtstreuanordnung 14 aussendet. Die Lichtstreuanordnung 14 umfasst
eine längliche äußere Umhüllung 16 mit
reflektierenden inneren Oberflächen.
Vorzugsweise haben die inneren Oberflächen der länglichen äußeren Umhüllung 16 weiße Farbe. Alternativ
sind diese reflektierenden Oberflächen verspiegelte Oberflächen oder
eine Kombination von weißen
und verspiegelten Oberflächen.
An dem Ende der Lichtstreuanordnung 14, gegenüber der Lichtquelle 12,
befindet sich ein hohler Lichtwellenleiter 22. Wie unten
detaillierter beschrieben, dient der Lichtwellenleiter 22 als
eine Ausgangsöffnung
für das diffuse
Licht.
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Die
längliche äußere Umhüllung 16 umfasst erste
und zweite Abschnitte 16a und 16b, wobei jede ein
großes
Ende und ein kleines Ende hat. Vorzugsweise sind die ersten und
zweiten Abschnitte 16a und 16b im Wesentlichen
pyramidenförmig,
wobei jeder vier trapezförmige
Flächen
hat. In der bevorzugten Ausführungsform
sind die vier trapezförmigen
Flächen
der Abschnitte 16a und 16b identisch, so dass jedes
Ende der Abschnitte 16a und 16b eine quadratische Öffnung bildet.
Wie in 2a und 2 gezeigt, sind
die größeren Enden
der ersten und zweiten Abschnitte 16a und 16b zusammengefügt, um die
Umhüllung 16 zu
bilden.
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An
dem kleinen Ende des ersten Abschnitts 16a befindet sich
eine Eingangsöffnung 18,
die von den vier kleinen Seiten der vier trapezförmigen Flächen des Ab schnitts 16a gebildet
wird. Die Lichtquelle 12 ist vorzugsweise an das kleine
Ende des ersten Abschnitts 16a an der Eingangsöffnung 18 angehängt. Daher
tritt das von der Lichtquelle 12 erzeugte Licht in die
längliche
Umhüllung 16 bei
der Eingangsöfnung 18 ein
und beleuchtet die inneren Oberflächen der Umhüllung 16.
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An
dem kleinen Ende des zweiten Abschnitts 16b befindet sich
eine Ausgangsöffnung 20,
die von den vier kurzen Seiten der vier trapezförmigen Flächen des Abschnitts 16b gebildet
wird. Ein Ende des hohlen Lichtwellenleiters 22 ist an
die Ausgangsöffnung 20 angehängt. Der
Lichtwellenleiter 22 hat vorzugsweise weiße reflektierende
innere Oberflächen, ähnlich zu
den inneren Oberflächen
der Umhüllung 16.
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Das
System 10 umfasst auch einen länglichen inneren Reflektor 24,
der innerhalb und vorzugsweise koaxial zur äußeren Umhüllung 16 angeordnet
ist. Aus Gründen
der Klarheit wurde der innere Reflektor 24 in 2b aus
der äußeren Umhüllung 16 entfernt.
In der bevorzugten Ausführungsform wird
der innere Reflektor 24 von einem quadratischen röhrenförmigen Abschnitt 24a gebildet,
der mit der quadratischen Basis eines pyramidenförmigen Abschnitts 24b verbunden
ist. Vorzugsweise hat der pyramidenförmige Abschnitt 24b vier
Seiten, die sich zu einer Spitze verjüngen. Wie in 3 gezeigt,
ist die Spitze des pyramidenförmigen
Abschnitts 24b nahe der Eingangsöffnung 18 der äußeren Umhüllung 16 angeordnet.
Der innere Reflektor 24 hat reflektierende weiße äußere Oberflächen ähnlich den
der inneren Oberflächen
der äußeren Umhüllung 16.
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Die
Lichtstreumerkmale der Anordnung 14 werden am besten mit
Bezug auf 3 verstanden. Innerhalb der
Lichtquelle 12 befindet sich ein Leuchtkörper 26,
wie etwa eine Quarzhalogenröhre
und ein goldbeschichteter Reflektor, hergestellt von Gilway mit
der Teilenummer 1157A-G. Der Leuchtkörper 26 erzeugt elektromagnetische
Strahlung in der Form von weißem
Licht, wenn er mit Strom versorgt wird.
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Für die Zwecke
dieser Beschreibung kann der Leuchtkörper 26 als eine Punktlichtquelle
gedacht werden, die Licht in mehrere Richtungen ausstrahlt, wie
durch die beispielhaften Strahlen 28 und 30 dargestellt.
Wie in 3 gezeigt, wird der Strahl 28 von der
inneren Oberfläche
des Abschnitts 16b von der äußeren Umhüllung 16 reflektiert.
Der Strahl 28 bewegt sich dann durch die Ausgangsöffnung 28 in
den Liehtwellenleiter 22 und wird nach mehreren Reflektionen
von den inneren Oberflächen
des Lichtwellenleiters 22 und der Ausgangsöffnung 23 ausgesendet.
Der Strahl 30, der die Lichtquelle 12 unter einem
anderen Winkel als der Strahl 28 verlässt, wird von dem inneren Reflektor 24 reflektiert.
Der Strahl 30 wird dann von der inneren Oberfläche des
Abschnitts 16b der äußeren Umhüllung 16 reflektiert und
bewegt sich durch die Ausgangsöffnung 20 und in
den Lichtwellenleiter 22 hinein. Nach mehreren Reflektionen
von den inneren Oberflächen
des Lichtwellenleiters 22 wird der Strahl 30 auch
von der Ausgangsöffnung 23 ausgesendet,
aber unter einem anderen Winkel als dem des Strahls 28.
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Wenn
ein Objekt 32 nahe der Ausgangsöffnung 23 platziert
wird, erreichen die Strahlen 28 und 30 das Objekt 32 unter
verschiedenen Winkeln. Es sollte klar sein, dass das von der Lichtquelle 12 ausgesandte
Licht als eine unendliche Anzahl von Strahlen dargestellt werden
könnte,
die den inneren Reflektor 24 und die inneren Oberflächen der äußeren Umhüllung 16 aus
einer unendlichen Anzahl von Winkeln berühren und davon reflektiert
werden. Daher erreicht das von der Ausgangsöffnung 23 ausgesandte
Licht das Objekt 32 aus vielen verschiedenen Winkeln und
ist daher stark diffuses Licht. Diese Ankunftswinkel reichen von
nahezu senkrecht bis nahezu parallel zur Ebene der Ausgangsöffnung 23.
Da die Streuanordnung 14 dreidimensional ist, sollte es klar
sein, dass das Licht auch von den anderen Oberflächen der äußeren Umhüllung 16 und dem inneren Reflektor 24 reflektiert
wird, z.B. von denen, die senkrecht zu den in 3 gezeigten
Oberflächen
sind. Deshalb ist das von der Ausgangsöffnung 23 des Beleuchtungssystems 10 ausgesandte
Licht stark diffus und scheint von vielen verschiedenen Lichtquellen erzeugt
zu sein.
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Aufgrund
der Anordnung der reflektierenden inneren Oberflächen der äußeren Umhüllung 16 und der reflektierenden äußeren Oberflächen des
inneren Reflektors 24 überträgt die Streuanordnung 14 das von
dem Leuchtkörper 2G ausgestrahlte
Licht effizient auf die Ausgangsöffnung 23.
Deshalb erreicht ein sehr großer
Bruchteil des von dem Leuchtkörper 6 gelieferten
Lichts das Objekt 32, und es wird sehr wenig Lichtenergie
verschwendet.
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Wie
unten detaillieiter beschrieben, kann das Beleuchtungssystem 10 dazu
verwendet werden, um diffuses Licht für medizinische Abbildungszwecke
zu liefern. Allerdings sollte es klar sein, dass der Bereich der
Erfindung nicht auf medizinische Anwendungen beschränkt ist.
Das System 10 könnte
auch als eine diffuse Lichtquelle für allgemeine fotografische
Zwecke verwendet werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, dargestellt in 3, umfasst
die Lichtquelle 12 einen Kaltlichtspiegel 34 (cold
mirror), der zwischen dem Leuchtkörper 26 und der Eingangsöffnung 18 der äußeren Umhüllung 16 angeordnet
ist. Der Kaltlichtspiegel 34 reflektiert im Wesentlichen
alles Licht mit Wellenlängen
außerhalb
eines ausgewählten
infraroten Bereichs von Wellenlängen.
Vorzugsweise umfasst der ausgewählte
Bereich Wellenlängen
von ungefähr
700 – 1000
nm. Unmittelbar benachbart zu dem Kaltlichtspiegel 34 und
angeordnet zwischen dem Kaltlichtspiegel 34 und der Eingangsöffnung 18 befindet
sich ein Infrarotübertragungsfilter 36,
der das Licht mit Wellenlängen
außerhalb
des ausgewählten
Infrarotbereichs weiter dämpft,
wobei es Licht mit Wellenlängen
außerhalb
des ausgewählten
Infrarotbereichs überträgt. Deshalb
ist das durch den Kaltlichtspiegel 34 und den Filter 36 in
die äußere Umhüllung 16 hindurchgehende
Licht infrarotes Licht mit Wellenlängen innerhalb des ausgewählten Infrarotbereichs.
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Es
sollte klar sein, dass es andere Möglichkeiten gibt, mit denen
die Lichtquelle 12 konfiguriert werden könnte, um
Infrarotlicht zu erzeugen. Zum Beispiel könnte die Lichtquelle 12 aus
einer Infrarotlicht-einittierenden Diode (LED) oder einer Anordnung
von infraroten LEDs bestehen. Deshalb ist die in 3 und
oben beschrieben Konfiguration der Lichtquelle 12 nur eine
bevorzugte Ausführungsfrom, und
die Erfindung ist nicht auf irgend eine bestimmte Konfiguration
der Lichtquelle 12 beschränkt.
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4 stellt
die Abmessungen einer bevorzugten Ausführungsform des Beleuchtungssystems 12 dar.
Wie in 4 gezeigt, beträgt die Gesamtlänge der
Lichtstreustruktur 14 ungefähr 34,82 Inch. Die Höhe und Breite
der äußeren Umhüllung an
der Verbindung der ersten und zweiten Abschnitte 16a und 16b beträgt ungefähr 10,04
Inch. Die bevorzugte Länge
des Lichtwellenleiters beträgt
ungefähr
14,00 Inch und seine Höhe
und Breite beträgt
ungefähr 5,08
Inch. Vorzugsweise beträgt
die Gesamtlänge des
inneren Reflektors 24 ungefähr 15,86 Inch. Die bevorzugte
Länge des
röhrenförmigen Abschnitts 24a des
inneren Reflektors 24 beträgt ungefähr 7,93 Inch. Die Höhe und Breite
des röhrenförmigen Abschnitts 24a beträgt ungefähr 3,5 Inch.
Die Höhe
und Breite der Lichtquelle 12 beträgt ungefähr 2,11 Inch.
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Wie
in 4 gezeigt, umfasst eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung eine Linse 40, die in Verbindung mit dem
Videoabbildungsgerät 38 verwendet
wird, um ein Videobild des Objekts 32 basierend auf diffusem
Licht, das von dem Objekt 32 reflektiert wird, zu erzeugen.
Vorzugsweise ist das Abbildungsgerät 38 dieser Ausführungsform
eine Charge-Coupled-Device (CCD)-Videokamera 38, hergestellt
von Coho mit der Modellnummer 631520010000. Die Linse 40 der
bevorzugten Ausführungsform
ist eine 25 mm f-0.95 Filmkameralinse, hergestellt von Angenioux.
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Die
Kamera 38 und Linse 40 der bevorzugten Ausführungsform
sind innerhalb des röhrenförmigen Abschnitts 24a des
inneren Reflektors 24 angeordnet. Wie in 4 gezeigt,
bildet das offene Ende des röhrenförmigen Abschnitts 24a eine
Offnung, auf die die Kamera 38 und Linse 40 gerichtet
sind. Auf diese Weise ist der hohle Lichtwellenleiter 22 im
Wesentlichen innerhalb des Sichtfeldes der Kamera 38 zentriert.
Deshalb empfängt
die Kamera 38 das von dem Objekt 32 reflektierte
Licht, das in den Lichtwellenleiter 22 eintritt, sich durch
die Umhüllung 16 bewegt
und in das offene Ende des Abschnitts 24a eintritt.
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Wie
in 4 gezeigt, umfasst die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung einen Infrarot-Ubertragungsfilter 42, der
in dem offenen Ende des röhrenförmigen Abschnitts 24a angeordnet
ist. Dieser Filter 42 empfangt von dem Objekt 32 reflektiertes Licht
und jedes andere Licht, das in die Umhüllung 16 eintreten
könnte,
und eliminiert im Wesentlichen alles Licht mit Wellenlängen außerhalb
des Infrarotbereichs von ungefähr
700 – 1000
nm. In der bevorzugten Ausführungsform
eliminiert der Filter 42 im Wesentlichen Licht mit Wellenlängen außerhalb
eines ausgewählten
Infrarotbereichs von ungefähr
800 – 850
nm. Deshalb ist das Licht, das sich durch den Filter 42 und
in die Linse 40 bewegt, infrarotes Licht innerhalb des
ausgewählten
Wellenlängenbereichs. Deshalb
empfängt
die Kamera 38 vor allem Infrarotlicht, das aus dem Beleuchtungssystem 10 stammt und
das von dem Objekt 32 reflektiert wird.
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Basierend
auf dem von dem Objekt 32 reflektierten Licht erzeugt die
Kamera 38 ein Videobild des Objekts 32 in Form
eines elektrischen Videosignals. Wie in 5 gezeigt,
wird das Videosignal vorzugsweise einem Bildverbesserungsboard 44 bereitgestellt,
wie z.B. einem Board, das von DigiVision mit einer Modellnummer
ICE-3000 hergestellt wird. Das Board 44 erzeugt ein verbessertes
Video-Bildsignal, basierend
auf dem Videosignal von der Kamera 38. Das verbesserte
Video-Bildsignal wird einer Videoerfassungs- und Wiedergabekarte 46 bereitgestellt,
wie z.B. einem Modell 20-TDLive-Card, hergestellt von Miro. Die
Karte 46 erfasst Standbilder aus den Bildsignalen, die
in digitalem Format auf einem digitalen Speichergerät gespeichert
werden können.
Die Karte 46 formatiert auch das Videosignal zur Echtzeitwiedergabe
auf einem Videomonitor 48.
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Es
sollte klar sein, dass das Abbildungssystem auch andere Mittel zum
Erzeugen von diffusem Infrarotlicht in Ubereinstimmnung mit der
Erfindung verwenden könnte.
Zum Beispiel könnten
die Lichtquellen 10a – 10f von 1 durch
ein ringförmiges Stroboskoplicht
verkörpert
werden. Alternativ könnte eine
kreisförmige
Anordnung von LEDs verwendet werden, um einen Plastik-Durchlass-Diffusor (Plastic Transmitting
Diffusor) zu beleuchten, der nahe der Oberfläche des Objekts 32 platziert
ist. In der letzteren Ausführungsform
würden
die Lichtquellen 10a – 10f den
einzelnen LEDs in der Anordnung entsprechen.
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In
einer der alternativen Ausführungsform der
Erfindung, die in 6a und 6b dargestellt ist,
umfasst das Abbildungssystem 2 einen Videoprojektor 50 zum
Beleuchten des Objekts 32 mit einem Bild des Objekts 32,
um den visuellen Kontrast zwischen helleren und dunkleren Bereichen
des Objekts 32 zu erhöhen.
Wie in US-Patent Nr. 5,969,754 mit dem Titel „Kontrastverstärkender
Beleuchter" beschrieben,
dessen Inhalt hier durch Bezug eingebunden wird, werden die Merkmale
eines Objekts für
einen Beobachter visuell verstärkt,
wenn die Merkmale eines projizierten Bildes aus sichtbarem Licht
des Objekts die entsprechenden Merkmale des Objekts überlagern.
Das überlagerte
Bild aus sichtbarem Licht bewirkt, dass die hellen Merkmale des
Objekts heller erscheinen, während
die dunklen Bereiche gleich bleiben.
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Die
Ausführungsform
der Erfindung, die in 6a und 6b gezeigt
ist, liefert in einer ähnlichen
Weise zu der vorher beschriebenen diffuses Infrarotlicht (dargestellt
durch die Strahlen 52) an das Objekt 32. Allerdings
ist in der in 6a und 6b gezeigten
Ausführungsform
der optische Pfad des Lichts gefaltet, so dass die Ausgangsöffnung 23 des Lichtleiters 22 um
90° relativ
zu der Ausgangsöffnung,
die in den 1 – 3 gezeigt
ist, gedreht ist.
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Wie
in 6b gezeigt, empfängt ein Strahlseparator, z.B.
ein Spiegel 54 (hot mirror), infrarotes Licht 52 aus
dem Inneren der Lichtstreuanordnung 14 und reflektiert
das infrarote Licht 52 in den Lichtwellenleiter 22 und
auf das Objekt 32. Der Spiegel 54 empfängt auch
ein Infrarotbild des Objekts 32 (dargestellt durch den
Strahl 56) und reflektiert es in Richtung der Kamera 38.
Der Spiegel 54 empfängt auch
das Bild aus sichtbarem Licht (dargestellt durch den Strahl 58)
aus dem Projektor 50 und überträgt es in den Lichtwellenleiter 22 und
zu dem Objekt 32.
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Wie
detaillierter im US-Patent Nr. 5,969,754 erklärt, wird das Videoausgangssignal
von der Videokamera 38 als ein Videoeingangssignal an den
Projektor 50 geliefert. Basierend auf dem Videoeingangssignal
projiziert der Projektor 50 das Bild aus sichtbarem Licht 58 aus
das Objekt 32 in Richtung auf den Spiegel 54.
Der Spiegel 54 empfängt
das Bild aus sichtbarem Licht 58 und überträgt es in den Lichtwellenleiter 22 in
Richtung aus das Objekt 32. Durch geeigneten Abgleich des
projizierten Bildes aus sichtbarem Licht 58 aus dem Projektor 50 mit
dein Infrarotbild 56 des Objekts 32, das durch
die Kamera 38 aufgenommen wird, werden die Merkmale in
dem projizierten Bild aus sichtbarem Licht 58 den entsprechenden
Merkmalen des Objekts 32 überlagert.
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Wenn
es sich bei dem Objekt 32 um Körpergewebe handelt und die
Erfindung so verwendet wird, um Blutgefäße in dem Körpergewebe zu finden, die unter
der Haut liegen, erscheinen die Blutgefäße als dunkle Linien in dem
projizierten Bild aus sichtbarem Licht 58. Wenn das Bild
aus sichtbarem Licht 58 auf das Körpergewebe projiziert wird,
liegen deshalb die Blutgesäße, die
unter der Haut liegen, direkt unter den dunklen Linien in dem projizierten
Bild aus sichtbarem Licht 58. Auf diese Weise verbessert
die Erfindung wesentlich die Fähigkeit
eines Arztes, unter der Haut liegende Blutgefäße zu finden, wobei Unannehmlichkeiten
für den
Patienten minimiert werden.
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Die 7a und 7b stellen
eine alternative Ausführungsform
der Erfindung zum Gebrauch als ein kontrastverstärkender Beleuchter dar. Die
Ausführungsform
von 7a – b
arbeitet auf eine Weise ähnlich
zu der Ausführungsform
von 6a und 6b. Allerdings
ist in der Ausführungsform
von 7a – b
die Kamera 38 außerhalb
der Lichtstreuanordnung 14 angeordnet. Um die verschiedene
Anordnung 38 zu ermöglichen,
ist der in 7a – b gezeigte Spiegel 54 um
90° im Uhrzeigersinn
relativ zu seiner Position in 6a – b gedreht.
Ansonsten hat der Spiegel 54 eine ähnliche Funktion, wie die oben mit
Bezug aus 6a – b beschriebene. Auch um eine
andere Kameraanordnung zu ermöglichen,
ist der Infrarot übertragende
Filter 42 in einer Wand des Lichtwellenleiters angebracht.
In dieser Ausführungsform
wird ein reflektierender Schirm 60 bereitgestellt, um das
Licht von der Lichtquelle 12 in den Lichtwellenleiter 22 weiterzuleiten
und aus die Ausgangsöffnung 23 zu
richten. Vorzugsweise ist der Schirm 60 eine flache reflektierende
Fläche
mit einer Öffnung darin,
im es Licht zu ermöglichen,
sich zwischen dem Objekt 32 und der Kamera 38 und
dem Projektor 50 zu bewegen.
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Es
ist daran gedacht und Fachleuten aus der vorangehenden Beschreibung
und den beigefügten Zeichnungen
offensichtlich, dass Modifikationen und/oder Anderungen an den Ausführungsformen der
Erfindung gemacht werden können.
Zum Beispiel könnten
die Abschnitte 16a und 16b der äußeren Umhüllung konisch
anstatt pyramidenförmig
sein. Weiterhin könnte
der Abschnitt 24a des inneren Reflektors zylindrisch und
der Abschnitt 24b könnte
konisch sein. Alternativ könnten
die Abschnitte 16a – b und 24b pyramidenförmig sein
und mehr als vier trapezförmige
Flächen
aufweisen. Daher sollte es klar sein, dass die Erfindung nicht auf
irgendeine bestimmte Form der Reflektoren 24 und 26 beschränkt ist.
Dementsprechend ist es ausdrücklich
beabsichtigt, dass die vorangegangene Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen
nur Veranschaulichungen der bevorzugten Ausführungsformen sind und sie nicht
darauf beschränken,
und dass der wahre Geist und der Bereich der vorliegenden Erfindung
dürch Bezug
auf die angehängten
Ansprüche
festgelegt sei.