專利名稱：關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
下面描述的本發(fā)明涉及關(guān)節(jié)鏡手術(shù)器械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
關(guān)節(jié)鏡手術(shù)涉及使用光學(xué)器械，諸如關(guān)節(jié)鏡，來使在患者關(guān)節(jié)中的或者鄰近患者關(guān)節(jié)的操作區(qū)可視化。所述器械或者其它器械可以被用于在操作區(qū)中執(zhí)行手術(shù)步驟。公知的流入和流出關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)大體上由多個(gè)元件組成，其包括柔性或剛性的管、照明醫(yī)生想要檢查的區(qū)域的燈(其中該燈一般在身體外部并且通過光纖系統(tǒng)被傳送)、將圖像從關(guān)節(jié)鏡傳輸?shù)接^察者的透鏡系統(tǒng)、以及允許醫(yī)療器械或者機(jī)械手進(jìn)入的另一個(gè)通道。透鏡系統(tǒng)一般使用預(yù)制的方形或長方形的CCD芯片。作為傳統(tǒng)方式，關(guān)節(jié)鏡是圓形從而使得關(guān)節(jié)鏡沒有可以造成組織創(chuàng)傷的銳邊。當(dāng)芯片被安置到關(guān)節(jié)鏡中時(shí)，這導(dǎo)致了浪費(fèi)掉的在方形芯片與安置有所述芯片的圓形關(guān)節(jié)鏡之間的大量空間。此外，使用金屬鞘的現(xiàn)有關(guān)節(jié)鏡在金屬被RF棒觸碰的情況下容易損壞。這種雜散RF電流能夠損壞關(guān)節(jié)鏡的透鏡或者損壞成像芯片。

發(fā)明內(nèi)容
下面描述的設(shè)備和方法提供用于具有矩形的方形或長方形橫截面的關(guān)節(jié)鏡，方形或長方形在下文中被稱作矩形狀或者矩形。該關(guān)節(jié)鏡能夠被使用在關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)中，該關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)還包括與關(guān)節(jié)鏡的尺寸相匹配的鏡鞘。該關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)包括流通系統(tǒng)，該流通系統(tǒng)將流體送出內(nèi)窺鏡的末端并且把碎屑和其它流體帶到視野后面，從而允許外科醫(yī)生在使用該系統(tǒng)時(shí)具有清晰的視野。這種結(jié)構(gòu)允許關(guān)節(jié)鏡具有較淺(low)的輪廓，從而使得其一旦被引入解剖學(xué)空間中時(shí)創(chuàng)傷較少。此外，將關(guān)節(jié)鏡截面構(gòu)造成預(yù)制的CCD成像芯片結(jié)構(gòu)的形狀降低了與鏡的制造相關(guān)的費(fèi)用。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的效率，關(guān)節(jié)鏡包括用于在關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)稍上使用的保護(hù)帽蓋。該保護(hù)帽蓋由非導(dǎo)電性聚合物構(gòu)造。該保護(hù)帽蓋的覆蓋關(guān)節(jié)鏡上的觀察口的部分是透明的。該保護(hù)帽蓋保護(hù)關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)端免受意外損壞并且還從關(guān)節(jié)鏡稍發(fā)射光。該保護(hù)帽蓋包括兩條在該保護(hù)帽蓋上的開口中終止的管或筒。保護(hù)帽蓋還包括被定位在管或筒的近端上的LED。將LED定位在管或筒的近端處提供以下優(yōu)點(diǎn)，即，成像芯片不需要圍繞該保護(hù)帽蓋的LED環(huán)，從而為成像芯片提供更多空間，其有利地增加了可用于成像芯片的空間。還提供以下優(yōu)點(diǎn)，即，成像芯片可以允許在LED照明需求低的情況下具有高感光度。此外，LED的定位允許沖洗流體經(jīng)過流入通道以冷卻成像芯片和成像傳感器，導(dǎo)致圖像噪點(diǎn)更低。此外，由于該保護(hù)帽蓋由非導(dǎo)電性聚合物構(gòu)造，因此成像芯片被隔絕，從而被保護(hù)不受雜散RF電流影響。 該設(shè)備在單一內(nèi)窺鏡中提供可變觀察角度。在內(nèi)窺鏡中最常見的觀察角度是0度(膀胱鏡)、30度(最常見的關(guān)節(jié)鏡觀察角度)和70度(用于難以可視化的區(qū)域)。一系列的觀察角度可以在一個(gè)鏡中生成，消除對于備有多個(gè)的觀察角度鏡的需要，或者消除對于移除并且更換鏡以切換觀察角度的需要。為將其實(shí)現(xiàn)，一種方式是通過例如推桿的方式將芯片觀察平面偏轉(zhuǎn)到希望的角度。在另一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)或者更多鏡頭被安裝到傾斜面并且用戶選擇與希望觀察角度對應(yīng)的鏡頭。數(shù)字的鏡的實(shí)施例給予其自身彎曲鏡桿從而進(jìn)入用直的剛性的鏡無法進(jìn)入的解剖結(jié)構(gòu)的能力。由于鏡的結(jié)構(gòu)，因此，在透鏡桿以特定角度彎曲的情況下，內(nèi)窺鏡擁有了具有可變觀察角度的能力。桿的角度既可以是預(yù)先模制并且是固定的，也可以是可塑的并且彎曲角和半徑可以由用戶選擇。


圖1示出具有鞘的關(guān)節(jié)鏡，該鞘包封具有方形徑向截面的細(xì)長芯，該細(xì)長芯在遠(yuǎn)端上具有成像元件。圖2展示沿圖1的線A-A的截面圖。圖3展示具有光學(xué)帽蓋的關(guān)節(jié)鏡。圖4展示關(guān)節(jié)鏡被拆開的特征。圖5a和5b展示關(guān)節(jié)鏡的在被折疊成最終構(gòu)造之前的細(xì)長芯。圖6展示關(guān)節(jié)鏡的在最終折疊構(gòu)造中的細(xì)長芯。圖7a和7b展示另一個(gè)的關(guān)節(jié)鏡的在被折疊成最終構(gòu)造之前的細(xì)長芯。圖8展示另一個(gè)細(xì)長芯構(gòu)造。圖9展示具有用于增加剛度的方形管或者實(shí)心芯棒的細(xì)長芯。圖10展示了使用包括具有方形徑向截面的細(xì)長芯的關(guān)節(jié)鏡對患者施行關(guān)節(jié)鏡手術(shù)的方法。圖11展示關(guān)節(jié)鏡，其中流體管理結(jié)構(gòu)被包括在護(hù)孔環(huán)型套管中。圖12展示關(guān)節(jié)鏡，其能夠在不需要用戶將其拿住的情況下被使用，以提供給用戶無需用手使用關(guān)節(jié)鏡的機(jī)會。圖13展示具有模制的光學(xué)帽蓋和3D定位傳感器的關(guān)節(jié)鏡。圖14展示用于與關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)一起使用的光學(xué)帽蓋及其特征。圖15展示光學(xué)帽蓋的側(cè)視圖。圖16展示具有可變觀察角度的關(guān)節(jié)鏡。圖17展示圖16的關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)端。圖18展示圖16的關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)稍。圖19展示圖18的附視圖。圖20展示圖18中所示的遠(yuǎn)稍的截面圖。圖21和22展示用于偏轉(zhuǎn)鏡頭的鎳鈦諾機(jī)構(gòu)。圖23展示具有固定狀態(tài)可變觀察角度的關(guān)節(jié)鏡。圖24是圖23的關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)稍的分解圖。圖25是圖23的分解截面圖。圖26和27展示具有成角度的桿的關(guān)節(jié)鏡。圖28展示圖27的截面圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出具有鞘的關(guān)節(jié)鏡1，該鞘包封細(xì)長芯，該細(xì)長芯具有方形徑向截面(見圖2)。居中地被包括在鞘2中的細(xì)長芯具有位于細(xì)長芯的遠(yuǎn)端處的方形成像芯片3。細(xì)長芯與成像芯片一起形成關(guān)節(jié)鏡的成像芯。在遠(yuǎn)端處的非創(chuàng)傷性稍4也可以包封成像芯片。細(xì)長芯具有方形徑向截面，其允許最大可能的矩形芯片圖像組件結(jié)合最小可能的圓形流體鞘外側(cè)直徑使用。這種組合允許清澈池的流動系統(tǒng)(clear pocket flow system),其將流體送出關(guān)節(jié)鏡的末端并且將碎屑和血液置于操作者的視野之外。該系統(tǒng)包括有流體流出通道5和流體流入通道6。這些通道由在細(xì)長芯與圍繞該細(xì)長芯的圓形鞘之間創(chuàng)建出的空間限定出。圖2展示沿圖1的線A-A的截面視圖。流體進(jìn)入流入通道6并軸向地流動到關(guān)節(jié)中。流體通過流出通道5離開并且來到關(guān)節(jié)鏡鞘系統(tǒng)的遠(yuǎn)端之后并且將血液和碎片帶到用戶的視野之外。流體流垂直于該系統(tǒng)，使得在最需要的地方在該系統(tǒng)前方創(chuàng)建清澈流體的。具有方形徑向截面的細(xì)長芯7被插入鞘2中。鞘2的內(nèi)表面可以具有擠出輪廓，用于與細(xì)長芯7的外表面配合。細(xì)長芯的外表面具有凸塊8，所述凸塊8與鞘的內(nèi)表面緊密配合，以確保細(xì)長芯不在鞘中旋轉(zhuǎn)。細(xì)長芯推靠鞘的內(nèi)表面的力形成了細(xì)長芯7與鞘2的內(nèi)表面之間的密封。如圖所示，流體流入通道5和流體流出通道6被創(chuàng)建在外鞘2與細(xì)長芯7之間。圖3展示具有光學(xué)帽蓋9的關(guān)節(jié)鏡I。為了用戶的舒適性，該關(guān)節(jié)鏡具有符合人機(jī)工程學(xué)的手柄10。該手柄包括用戶控制切換器11，所述用戶控制切換器可以提供用于控制該系統(tǒng)的光學(xué)變焦的調(diào)焦裝置。該關(guān)節(jié)鏡在遠(yuǎn)端處還包括電纜12和流體的流入和流出管路13。電子線路和流體管路的定位消除了傳統(tǒng)關(guān)節(jié)鏡的雜亂布置。該光學(xué)帽蓋9由塑料材料制成并且被定位在關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)端處。如果光學(xué)帽蓋未被集成到成像芯片和相關(guān)的組件中，那么該光學(xué)帽蓋9可以用作物鏡。替代地，該光學(xué)帽蓋9可以用作保護(hù)性窗口，所述保護(hù)性窗口是光學(xué)透明的或者具有光學(xué)調(diào)整特性，諸如偏振或者色彩過濾。關(guān)節(jié)鏡還包括流體排出和傳感器的窗口 14。一池的清澈流體流從系統(tǒng)的遠(yuǎn)端軸向流動到系統(tǒng)流出部。排液流經(jīng)在鞘2中的開口 15。沿這個(gè)方向的流動在最需要的地方在該關(guān)節(jié)鏡前方創(chuàng)建清澈流體的池。圖4展示關(guān)節(jié)鏡I被拆開的特征。細(xì)長芯的遠(yuǎn)端具有多功能連接器16，用于與影像器、壓力和溫度的傳感器一起使用。圓形流體鞘2被放置在細(xì)長芯7上并且通過轂17被連接。該轂?zāi)軌虮宦?lián)結(jié)到多通道的流體歧管。鞘的外直徑密切匹配細(xì)長芯的徑向截面以最小化關(guān)節(jié)鏡的形狀。當(dāng)被接合時(shí)，在外部的鞘的內(nèi)表面和細(xì)長芯的外表面限定出多個(gè)在關(guān)節(jié)鏡中縱向延伸的流體通道。流體鞘也能夠具有密切匹配細(xì)長芯徑向截面的矩形徑向截面。
圖5a和5b展示關(guān)節(jié)鏡的在被折疊成最終構(gòu)造之前的細(xì)長芯7。圖5a展示細(xì)長芯的基部。細(xì)長芯被構(gòu)造到平模成型的襯板18上。襯板18包括折痕以創(chuàng)建鉸接點(diǎn)19，該鉸接點(diǎn)允許襯板折疊成方形結(jié)構(gòu)。折痕被旋轉(zhuǎn)的角度允許成像芯片的角度根據(jù)用戶偏好而改變。樞轉(zhuǎn)點(diǎn)20被包括在襯板的每個(gè)末端處，用于細(xì)長芯的頂面與底面的連接。圖5b展示了模制的襯板18，其中柔性電路21被層合到模制的鉸接襯板上。柔性電路21包括壓力傳感器22和溫度傳感器23，以及成像芯片及其傳感器的模塊和相關(guān)的透鏡24。該透鏡24能夠由塑料或者其它類似材料制成，以協(xié)助將成像芯片和內(nèi)部電子器件隔絕以免受損壞。此夕卜，邊緣連接器25被包括在模制的襯板的一端上，用于連接到希望的系統(tǒng)輸入設(shè)備或者系統(tǒng)電源設(shè)備。圖6展示關(guān)節(jié)鏡的在最終折疊構(gòu)造中的細(xì)長芯。細(xì)長芯在遠(yuǎn)端處安置有數(shù)字圖像CCD或CMOS芯片和傳感器的模塊24，以增強(qiáng)圖像的放大清晰度和色彩。在近端處，細(xì)長芯包括多功能邊緣連接器25，用于與溫度信號連接器23或者壓力信號連接器22 —起使用，并且用于傳遞影像信號。這個(gè)細(xì)長芯在兩側(cè)均敞開。細(xì)長芯7通過將襯板18折疊起來并且通過在樞轉(zhuǎn)點(diǎn)20處連接頂部和底部襯板面而形成。細(xì)長芯形狀取決于方形芯片和相關(guān)的芯片組件的組合，該方形芯片和相關(guān)的芯片組件具有預(yù)定尺寸并且能夠通過商業(yè)途徑獲得。細(xì)長芯可以在單一關(guān)節(jié)鏡中包括一個(gè)或者多個(gè)數(shù)字圖像芯片。襯板第一面相對于襯板第二面的縱向移動使得數(shù)字圖像CCD或CMOS芯片相對于細(xì)長芯的徑向平面的角度發(fā)生變化。成像末端允許在單一透鏡中從0度到90度無級調(diào)節(jié)的觀察角度。關(guān)節(jié)鏡還可以適應(yīng)180度或者逆向視野，其中關(guān)節(jié)鏡具有平頂構(gòu)造，以及具有可旋轉(zhuǎn)或者活動鉸接的矩形關(guān)節(jié)鏡結(jié)構(gòu)。細(xì)長芯7可以可拆卸地被安裝到基部，從而使得該細(xì)長芯7可以被滅菌并且被重復(fù)使用于多個(gè)手術(shù)步驟。圖7a和7b展示了在被折疊成最終構(gòu)造之前的另一個(gè)細(xì)長芯7。圖7a展示細(xì)長芯7的襯板18。細(xì)長芯7被構(gòu)造到模制的襯板18上，該襯板18包括以預(yù)定的距離分隔開的突起26。在每個(gè)面上的突起26是匹配的，以在折疊構(gòu)造中時(shí)相配合。當(dāng)被折疊時(shí)，突起構(gòu)造出實(shí)心的細(xì)長芯。細(xì)長芯具有方形徑向截面以及近端、與近端隔開用于插入體內(nèi)的遠(yuǎn)端、頂面、底面。細(xì)長芯還具有鄰近頂面和底面的兩個(gè)相反側(cè)表面。表面中的至少一個(gè)可以包括結(jié)合到該表面頂部的金屬帶。金屬帶可以是具有預(yù)制曲率半徑的彈簧鋼或者鎳鈦合金。替代地，該合金可以是延展性金屬，諸如鋁，或者可以是具有形狀記憶特性的鎳鈦合金(鎳鈦諾)。金屬帶允許細(xì)長芯可靠地彎曲成在一個(gè)曲面中。在記憶襯板是彈簧鋼或者鎳鈦諾的情況下，所述細(xì)長芯若能夠延展則可以彎曲成某種形狀，或者所述細(xì)長芯可以通過鎳鈦諾形狀記憶部件而被制成可轉(zhuǎn)向的。細(xì)長芯包括為細(xì)長芯提供結(jié)構(gòu)剛度的平面。突起可以具有鎖定錐形(lockingtaper)構(gòu)造。此外，突起可以通過黏合劑被連接或者可以通過熱焊接或者超聲波焊接技術(shù)被焊接在一起。細(xì)長芯還包括被配合在細(xì)長芯的遠(yuǎn)端處的成像設(shè)備芯片，成像表面在該處被布置成在細(xì)長芯的觀察方向上。此外，該細(xì)長芯在近端處具有照明源，用于照明關(guān)節(jié)鏡鞘系統(tǒng)所指向的手術(shù)部位。芯襯板18包括創(chuàng)建鉸接點(diǎn)19的折痕，以允許襯板折疊成矩形。樞轉(zhuǎn)點(diǎn)20被包括在襯板的每個(gè)末端處，用于細(xì)長芯的頂面與底面的連接。圖7b展示了模制的襯板18，其中柔性電路21被層合到模制的鉸接襯板上。柔性電路21包括壓力傳感器和溫度傳感器22、23以及成像芯片及其相關(guān)LED的組件24。此外，邊緣連接器25被包括在模制的襯板的一個(gè)末端上。圖8展示另一個(gè)細(xì)長芯構(gòu)造。該細(xì)長芯7的遠(yuǎn)端安置有數(shù)字圖像CXD或CMOS芯片及傳感器的模塊24。除CXD影像成像器和CMOS影像成像器之外，遠(yuǎn)端還可以包括除可見光設(shè)備之外的成像設(shè)備諸如超聲波換能器和光學(xué)相干斷層掃描(OCT)成像器。細(xì)長芯在近端處包括多功能邊緣連接器25，用于與溫度信號連接器或者壓力信號連接器一起使用。細(xì)長芯的中部本體是彼此相距預(yù)定距離的脊椎狀或特定輪廓形狀的部段27，以增強(qiáng)細(xì)長芯在被插入患者中時(shí)的可轉(zhuǎn)向性。細(xì)長芯沿其全長橫向開槽以形成這個(gè)結(jié)構(gòu)。圖9展示了具有用于增加剛度的方形管或者實(shí)心芯棒的細(xì)長芯。矩形芯棒可以用作照明導(dǎo)管。組件具有允許光穿過的光學(xué)透明的光筒中心芯28。從光源裝備射出的照明光穿過透明的芯，由透鏡匯聚，并且落到照明導(dǎo)管的相反端面上。照明光經(jīng)過照明導(dǎo)管傳輸?shù)疥P(guān)節(jié)鏡，穿過關(guān)節(jié)鏡，并且通過關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)端向前發(fā)出。因此，在患者體腔內(nèi)的物體被照明。從被照明物體反射出的光所表示的圖像通過關(guān)節(jié)鏡形成。得到的物體圖像由成像設(shè)備通過鏡來投射。光學(xué)傳輸中心芯是由模制的塑料材料制成的矩形殼體或芯棒，其可以將光從近端傳輸出遠(yuǎn)端。中心芯由任意透明的模制的聚碳酸酯或丙烯酸塑料材料制成，所述材料容易模制。模制的塑料芯棒在近端處具有LED照明模塊29，組件的電路30圍繞著中心芯包繞。邊緣連接器25也被包括在組件的近端處。芯片成像模塊24被包括在組件的遠(yuǎn)端處。此外，組件的遠(yuǎn)端用作中心芯所創(chuàng)建的光筒的傳輸端。該組件的優(yōu)點(diǎn)是其雖然具有小的截面，但是非常堅(jiān)固并且容易使用。該組件制造成本較低并且為關(guān)節(jié)鏡提供充足的照明。圖10示出使用在非創(chuàng)傷性鞘2中的關(guān)節(jié)鏡在患者31身上施行關(guān)節(jié)鏡手術(shù)的方法。在患者的膝蓋32中的各種解剖學(xué)界標(biāo)被示出以便參考，其包括股骨33、膝蓋骨34、后十字韌帶35、前十字韌帶36、半月板37、脛骨38和腓骨39。在手術(shù)過程中，醫(yī)師將關(guān)節(jié)鏡通過第一切口 40引入膝蓋中以便使手術(shù)區(qū)可見。修剪器械41通過第二切口 42被引入以移除或修剪醫(yī)師決定應(yīng)當(dāng)被移除或被修剪的組織。圖11展示流體管理結(jié)構(gòu)被包括在護(hù)孔環(huán)型套管中的關(guān)節(jié)鏡。該關(guān)節(jié)鏡具有角度設(shè)定圈件45和彈性體入口(portal)套管46。當(dāng)圈件不被壓向彈性體套管時(shí)，透鏡被設(shè)定為與入口垂直。當(dāng)管套被向前推動時(shí)，透鏡在入口中成角度。當(dāng)圈件被旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以使關(guān)節(jié)鏡指向在手術(shù)空間徑向范圍之內(nèi)的關(guān)注區(qū)域。平移、旋轉(zhuǎn)和保持透鏡的能力可以通過球式萬向節(jié)或者其它類似的裝置來實(shí)現(xiàn)。這將醫(yī)師的手解放出來以使用他們的器械，而不是必須用手將關(guān)節(jié)鏡保持在位。

圖12展示了可以在無需用戶將其保持的情況下使用的關(guān)節(jié)鏡，其為用戶提供以雙手解放的方式使用關(guān)節(jié)鏡的機(jī)會。關(guān)節(jié)鏡具有角度設(shè)定圈件45、彈性體入口套管46和護(hù)孔環(huán)套管47，用于允許流體通過護(hù)孔環(huán)套管流入和流出。流體管理的連通結(jié)構(gòu)和氣體管理的連通結(jié)構(gòu)被從關(guān)節(jié)鏡移除。關(guān)節(jié)鏡還包括無線鏡48，所述無線鏡適于多個(gè)鏡在網(wǎng)絡(luò)上連通。這允許關(guān)節(jié)鏡成為無線的，并且不受線或者流體管的限制，反而允許所述關(guān)節(jié)鏡被瞄準(zhǔn)并且被保持在關(guān)注點(diǎn)上。這提供以下優(yōu)點(diǎn)，即，醫(yī)師可以在于患者身上操作時(shí)使用雙手，以及這可以在遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用中有用。關(guān)節(jié)鏡是無線的，并且可以與ZigBee、MESH或者藍(lán)牙無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)到一起。圖13展示具有模制的光學(xué)帽蓋和3D定位傳感器的關(guān)節(jié)鏡?？臻g定位和追蹤傳感器49可以被附接到關(guān)節(jié)鏡4個(gè)正交側(cè)中的3側(cè)。這些傳感器可以通過光學(xué)方式、通過超聲方式、或者通過RFID系統(tǒng)讀取。定位和追蹤系統(tǒng)允許關(guān)節(jié)鏡在空間中準(zhǔn)確地被定位，可以被用來引導(dǎo)手術(shù)器械，以及提供準(zhǔn)確地受引導(dǎo)的組織切割。此外，由于關(guān)節(jié)鏡的平坦表面，線性編碼器50可以使用電路印刷光刻技術(shù)而被添加到關(guān)節(jié)鏡。這能夠被用來準(zhǔn)確地測量鏡穿透到手術(shù)區(qū)中的深度。用于線性編碼器的讀取器51被放置在入口套管中。來自3D定位和追蹤裝置49以及線性編碼器50的數(shù)據(jù)可以有線或無線地被傳輸用于顯示和處理。3D和線性定位編碼器可以在兩個(gè)或更多個(gè)關(guān)節(jié)鏡上，并且可以與ZigBEE MESH網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙802. 11或者其他無線協(xié)議連通并聯(lián)網(wǎng)到一起。3D定位和追蹤可以對于機(jī)器人手術(shù)、虛擬模板輔助手術(shù)、現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)手術(shù)可視化、以及高風(fēng)險(xiǎn)手術(shù)有用，或者對于幾何精確的切割對裝置的定位而言必不可少的植入手術(shù)有用，諸如整形外科植入術(shù)。系統(tǒng)還具有光學(xué)帽蓋52以保護(hù)成像芯片免受流體影響。帽蓋是由丙烯酸樹脂、聚碳酸酯、或者其它適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)透明塑料模制的。帽蓋可以與球面透鏡、非球面透鏡、或者將雙目圖像投射到成像芯片上的分割式立體透鏡一起模制。中心方形棒可以具有(例如不銹鋼的或鈦的)結(jié)構(gòu)中心芯，以給予鏡強(qiáng)度，并且棒的周邊可以被由光傳輸塑料構(gòu)成的光學(xué)透明的光筒包覆。棒在近端處通過LED光源或者纖維光纜被照明，并且光通過光筒、通過光學(xué)帽蓋52被傳輸出遠(yuǎn)端以照明手術(shù)區(qū)。光學(xué)帽蓋在周邊上可以具有聚光透鏡特征或者光漫射裝置，以調(diào)整照明使其適應(yīng)醫(yī)師的臨床需要。系統(tǒng)可以與此前公開的流體管理鞘和裝置一起使用。此外，建造100%聚合物和非鐵質(zhì)的關(guān)節(jié)鏡的能力允許了所述關(guān)節(jié)鏡使用在材料必須是非鐵質(zhì)的放射引導(dǎo)應(yīng)用中，諸如在MRI應(yīng)用中。圖14展示用于與關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)一起使用的光學(xué)帽蓋54。光學(xué)帽蓋54具有帽蓋面55，帽蓋面55是光學(xué)透明的，并且可以具有平面透明觀察窗口 56或者可以被模制為透鏡元件。光學(xué)帽蓋由任何光學(xué)透明的、生物相容性的以及可模制的聚合物、丙烯酸樹脂、光學(xué)聚碳酸酯、或者其它可模制的光學(xué)透明的塑料或非導(dǎo)電性聚合物制成。光學(xué)帽蓋也可以由任何光學(xué)透明的硅材制成。帽蓋保護(hù)關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)端免受意外損壞，并且還從關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)稍發(fā)射出光。帽蓋面包括流體通道57以允許流體流入到手術(shù)空間中。帽蓋還包括至少兩個(gè)被插入的模制的管或筒58、59，用于以最小的光損失通過管傳輸光。管或筒58可以是在開口60處結(jié)束的光筒或光棱鏡,所述開口在帽蓋遠(yuǎn)端處位于帽蓋面上。每個(gè)光筒在光筒的近端處包括45度的棱鏡或者鏡子61,所述棱鏡或鏡子將光從LED弓I導(dǎo)出光學(xué)帽蓋的末端到手術(shù)空間中，以促成光從關(guān)節(jié)鏡遠(yuǎn)稍的發(fā)射。帽蓋還包括第一 LED62和第二 LED63 (如圖15中所示)，其中每個(gè)LED位于管或筒58的近端上。LED也可以安裝在被層合至如圖7b中所示的模制且可折疊的芯棒上的平形柔性電路板上。
LED優(yōu)選地安裝成在與光從帽蓋遠(yuǎn)端發(fā)射的方向正交的方向上。帽蓋面上的開口允許光的輸出，并且還匯聚從LED投射出的光。帽蓋也可以包括凹陷形式的或模制在內(nèi)的透鏡，以將被投射出的光匯聚。被棱鏡或鏡子反射的光被傳輸出在關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)端處的帽蓋的前部。從LED發(fā)射出的光照射在棱鏡或鏡子上并且被棱鏡或鏡子反射，并且從關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)稍投射出去。LED在紫外(UV)和近紅外(NIR)的范圍內(nèi)產(chǎn)生白色光。每個(gè)光筒被涂覆有抗色散涂層或包層以促成光穿過關(guān)節(jié)鏡內(nèi)部的照射。圖15示出光學(xué)帽蓋的側(cè)視圖。帽蓋包括至少兩個(gè)光筒58、59，每個(gè)光筒均具有在每個(gè)光筒的近端處的成角度的棱鏡或鏡子61。每個(gè)光筒均包括被定位在管或筒的近端處的LED。從LED發(fā)射出的光被鏡子表面反射并且被投射出關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)端。帽蓋面被定位成遍及關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)稍，以保護(hù)關(guān)節(jié)鏡免受損傷。根據(jù)手術(shù)應(yīng)用的觀察需求，帽蓋面可以有各種觀察角度。帽蓋面可以具有0度或者鈍角的面，用于與宮腔鏡一起使用。30度的稍角可以被用于關(guān)節(jié)鏡，而70度的稍角可以在關(guān)節(jié)鏡手術(shù)中被用于特殊的觀察應(yīng)用。帽蓋的遠(yuǎn)端還可以包括在較大的光學(xué)帽蓋表面上的模制在內(nèi)的透鏡或者包括復(fù)眼，以允許光被局部地聚焦。在較大的帽蓋表面上的模制的較小透鏡消除了對于二次組裝步驟的需要。附加地，關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)可以包括附屬通道，用于給送流質(zhì)藥物、組織黏合劑、針、錨或者縫線。
圖16展示了提供可變角度的觀察的關(guān)節(jié)鏡。觀察角度選擇件70被嵌入在手柄71中?？勺冇^察角度可以在0度到90度范圍中，并且尤其0度、30度和70度是最常見的使用在關(guān)節(jié)鏡手術(shù)中的觀察角度。遠(yuǎn)稍提供數(shù)字圖像(如圖17中詳細(xì)示出)。該實(shí)施例結(jié)合前面描述的特征來使用鉸接式影像模塊，所述特征包括方形透鏡、光學(xué)帽蓋、流體的流入結(jié)構(gòu)和流出結(jié)構(gòu)，所述特征和所述影像模塊全部處在截面最小化的流體管中。本實(shí)施例還支持前面描述的溫度和壓力的感測。設(shè)備還包括了用于影像模塊推桿的感測鏡觀察角度的位置編碼器。近端72提供流體、電子和影像的連接，以及流、溫度和壓力的測量。圖17和18詳示了器械的遠(yuǎn)稍。圖17示出圖16的可變角度關(guān)節(jié)鏡。實(shí)現(xiàn)可變角度觀察的一種方式是將芯片觀察平面偏轉(zhuǎn)到希望角度。如圖所示，芯片鏡頭模塊用推桿致動，以提供不同的觀察角度。被包封在方形支撐芯74中的推桿73將樞轉(zhuǎn)鏡頭75擺動到在0度到90度的范圍內(nèi)的位置中，尤其是擺動成處于0度、30度和70度的觀察角度。盡管示出了推桿，其它機(jī)構(gòu)，諸如拉線或者起重螺桿，也可以被用于偏轉(zhuǎn)成像芯片。彎曲的光學(xué)帽蓋76允許鏡頭擺動。彎曲的窗口 77消除光學(xué)畸變。帽蓋包括流體通道78以允許流體流入到手術(shù)空間中。流體經(jīng)由流出端口 80穿過鞘79流出。編碼器也可以被用來將觀察角度傳達(dá)到影像處理器。觀察角度被顯示在影像監(jiān)視器(未示出)上。可變觀察角度允許醫(yī)師將觀察角度從0度改變到30度改變到70度而無需更換鏡。醫(yī)師還可以搖攝(pan)解剖結(jié)構(gòu)，以更好地觀察關(guān)節(jié)鏡的工作空間。圖19展示圖16中所示關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)稍的俯視圖。圖20示出圖19的截面視圖。成像鏡頭的可變角度被示出。 其它機(jī)構(gòu)可以被采用以擺動樞轉(zhuǎn)鏡頭。如圖21和22中所示，鏡頭可以使用形狀記憶鎳鈦諾線或者形狀記憶彈簧而被偏轉(zhuǎn)，所述線或彈簧通過電阻加熱以改變其長度或者生成推力或拉力，并且因此提供致動力以偏轉(zhuǎn)鏡頭。這具有以下優(yōu)點(diǎn)，即，能夠搖攝鏡頭，而無需由近端手柄來機(jī)械地致動機(jī)械的拉線或者推桿。這允許即使當(dāng)桿被以銳角彎曲時(shí)也有可靠的致動，因?yàn)橹聞佑闪鹘?jīng)線87的電流生成。鎳鈦諾形狀記憶致動器88被訓(xùn)練成，當(dāng)被加熱時(shí)所述致動器變短以在樞轉(zhuǎn)鏡頭75上拉動使所述鏡頭偏轉(zhuǎn)(如圖22中所示)。(相反地，致動器可以被訓(xùn)練成，在加熱時(shí)變長，并且推動鏡頭以使其樞轉(zhuǎn)。)當(dāng)電阻加熱電流切斷時(shí)，偏置彈簧89將鏡頭拉動到“主”位置，并且鎳鈦諾致動器返回到其原始的較長形狀(如圖21中所示)。在如圖23和24中所示的實(shí)施例中，可變觀察角度通過兩個(gè)或更多個(gè)成像設(shè)備的方式被實(shí)現(xiàn)，該成像設(shè)備(物體90)被附接到平面表面成預(yù)設(shè)觀察角度。在所示的示例中，內(nèi)窺鏡具有三個(gè)預(yù)設(shè)值，即0度、30度、和70度，如圖24和25中所示。用戶選擇處于希望觀察角度91 (離散的角視野)的成像設(shè)備。成像設(shè)備也可以同時(shí)運(yùn)行，并且圖像在軟件中被拼接在一起以生成全景視圖92 (拼接的視野)。數(shù)字鏡具有透明的光學(xué)帽蓋。帽蓋可以包括聚焦透鏡或者光學(xué)濾鏡，所述光學(xué)濾鏡包含偏振鏡和波長濾鏡。內(nèi)窺鏡具有穿過光學(xué)帽蓋照明手術(shù)區(qū)的光源。具有流體管理功能件94的光學(xué)帽蓋93覆蓋成像設(shè)備，并且流體管理管95覆蓋內(nèi)窺鏡的桿。這生成兩個(gè)或更多個(gè)流體通道，其中外管外接內(nèi)窺鏡的矩形芯。圖26、27和28展示通過彎曲桿100的構(gòu)造而提供可變觀察角度的關(guān)節(jié)鏡。這個(gè)實(shí)施例允許在遠(yuǎn)端處的鏡頭的觀察角度被改變，并且允許鏡頭桿被彎曲成一定的角度。用于致動觀察角度的拉線101放置在工字形擠出件中的軌道中，用于鏡頭模塊的線路穿過在擠出件中部內(nèi)的導(dǎo)管軌道102。這允許了數(shù)據(jù)線中足夠的松弛度，以允許在遠(yuǎn)端處的影像模塊的運(yùn)動。觀察角度通過在桿104上的轉(zhuǎn)向裝置103被控制。成角度的桿可以是剛性并且被固定的，或者桿可以是延展性的，并且由用戶設(shè)定到希望角度。成角度的桿的實(shí)施例可以具有如前面描述的流體管理管以及有流體管理裝置的光學(xué)帽蓋。數(shù)字鏡的實(shí)施例賦予其自身將鏡桿彎曲從而得以進(jìn)入以直的剛性的鏡無法進(jìn)入的解剖結(jié)構(gòu)的能力。因?yàn)殓R的結(jié)構(gòu)，所以內(nèi)窺鏡通過鏡桿被彎曲成一定角度的方式獲得具有可變觀察角度的能力，以及所有前面提及的其它能力。桿的角度可以是預(yù)模制且固定的，或者所述桿是可延展的并且彎曲角和半徑由用戶選擇。在使用中，醫(yī)師將細(xì)長芯插入到相應(yīng)大小的銷中。細(xì)長芯創(chuàng)建空間利用率最聞的結(jié)構(gòu)，因?yàn)閷⒓?xì)長芯插入到最小的互補(bǔ)圓形的鞘中消除了被浪費(fèi)的空間。此外，關(guān)節(jié)鏡允許液體入流和出流的高效的清澈池形式的可視流動，從而為醫(yī)師創(chuàng)建清晰視野。此外，一旦被插入患者中，關(guān)節(jié)鏡也可以被用作牽開器。替代地，在使用中，在將整個(gè)系統(tǒng)插入患者中之前，醫(yī)師將光學(xué)帽蓋插入到關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)上在關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)的觀察方向上。LED被啟動從而使得光由在光筒近端處的LED發(fā)射。由LED發(fā)射的光被光筒的45度棱鏡或者鏡子反射并且從關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)稍投射。LED的位置允許沖洗流體穿過流入口通道以冷卻成像芯片和成像傳感器，導(dǎo)致圖像噪點(diǎn)更少。此外，由于帽蓋由非導(dǎo)電聚合物構(gòu)造，因此成像芯片被隔絕并且從而被保護(hù)免受雜散RF電流影響。光學(xué)帽蓋將位于關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)的細(xì)長芯上的成像芯片隔絕以免受到通常在手術(shù)中使用的射頻手術(shù)設(shè)備的損壞。關(guān)節(jié)鏡結(jié)構(gòu)允許盡可能大的細(xì)長芯在最小的鏡鞘中使用。該細(xì)長芯尺寸與鏡鞘配合，以適應(yīng)較淺的輪廓系統(tǒng)。此外，關(guān)節(jié)鏡允許平形矩形鏡在兩個(gè)芯片被并排放置的情形下具有全景視野以及3D視野。此外，多個(gè)關(guān)節(jié)鏡能夠在單一應(yīng)用系統(tǒng)中同時(shí)使用。兩個(gè)或者多個(gè)關(guān)節(jié)鏡能夠被瞄準(zhǔn)特定的關(guān)注區(qū)域處并且用戶能夠通過選擇裝置，諸如腳踏開關(guān)，而在關(guān)節(jié)鏡鏡頭之間切換。這將用戶的手解放以便專注于其它手術(shù)器械，諸如關(guān)節(jié)鏡刨或者縫線器，而不需要用他的手將鏡頭握持在適當(dāng)位置。多個(gè)關(guān)節(jié)鏡的結(jié)構(gòu)可以通過入口插件裝置被保持在適當(dāng)位置。插件可以具有傾斜的足部并且被旋轉(zhuǎn)以將關(guān)節(jié)鏡放置在希望角度處。插件可以錨定手術(shù)入口，以及提供用于密封該入口以防止流體或氣體的泄漏的手段。插件可以具有方形內(nèi)腔以密封住不具有外部圓形鞘的方形關(guān)節(jié)鏡。兩個(gè)或者更多鏡頭能夠被來回切換以從中心控制臺覆蓋多個(gè)位置。鏡頭可以是不同焦距的或者具有諸如窄光帶成像、近紅外、光學(xué)相干斷層掃描微輪廓放射裝置的成像能力或者其他非可見光成像模式。生成影像的成像芯片也可以被組合，以具有接收紅外線的能力。因此，芯片鏡頭能夠讀取關(guān)節(jié)中的溫度而不需要熱電偶。該芯片被編程為將該芯片的較小區(qū)域?qū)ｉT用作“關(guān)注區(qū)域”，在該芯片所注視物體的表面上的IR被讀取，并且在影像幀之間被隔行掃描，從而讀取溫度。這種數(shù)據(jù)能夠在記錄影像圖像的同時(shí)被收集，并且不影響記錄影像圖像。這種芯片與流體溫度管理平臺結(jié)合而能夠讀取溫度，并且這種關(guān)節(jié)間溫度讀取可以被用來控制結(jié)合了冷卻(以防止RF熱損傷組織)和加溫(以防止患者在關(guān)節(jié)鏡檢查過程中引發(fā)的低溫癥)功能的流體泵。這可以被附加至具有用于準(zhǔn)確測量關(guān)節(jié)間壓力的板載MEMS壓力傳感器的鏡。這些數(shù)據(jù)可以通過有線連接或者諸如藍(lán)牙或者802.11的無線連接的方式被傳輸?shù)經(jīng)_洗泵的溫度和壓力控制單元。 此處使用的詞語關(guān)節(jié)鏡包括一種器械的類別，其包括內(nèi)窺鏡、腹腔鏡和其它鏡。該鏡可以使用光棒、光纖、遠(yuǎn)端安裝的CCD芯片、或者其它光學(xué)系統(tǒng)。因此，盡管該設(shè)備和方法的優(yōu)選的實(shí)施例已經(jīng)參考其被開發(fā)的環(huán)境而被描述，但它們僅僅是本發(fā)明的原理的展示。其它實(shí)施例和結(jié)構(gòu)可以被設(shè)計(jì)出而不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和所附權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種關(guān)節(jié)鏡，所述關(guān)節(jié)鏡包括鞘，其具有外直徑和內(nèi)直徑，所述內(nèi)直徑具有擠出輪廓；細(xì)長芯，其具有方形徑向截面，并且具有近端、與所述近端隔開的用于插入體內(nèi)的遠(yuǎn)端、具有至少一個(gè)鉸接點(diǎn)的第一表面、和具有至少一個(gè)鉸接點(diǎn)的第二表面；以及成像設(shè)備芯片，其被配合在所述關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)端處，具有被布置在所述關(guān)節(jié)鏡的觀察方向上的成像表面；其中，所述第一表面相對于所述第二表面的縱向移動改變成像芯片相對于所述細(xì)長芯的徑向平面的角度。
2.如權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)鏡，其中，所述細(xì)長芯還包括在所述第一和所述第二表面上的以預(yù)定距離分隔開并且匹配的突起，以與所述鞘的內(nèi)直徑的擠出輪廓相配合；
3.如權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)鏡，還包括鄰近頂表面和底表面的兩個(gè)相反的側(cè)表面。
4.一種關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)，包括鞘，其具有外直徑和內(nèi)直徑，所述內(nèi)直徑具有擠出輪廓；細(xì)長芯，其具有方形徑向截面，并且具有近端、與近端隔開的用于插入體內(nèi)的遠(yuǎn)端、具有至少一個(gè)鉸接點(diǎn)的第一表面、和具有至少一個(gè)鉸接點(diǎn)的第二表面，所述細(xì)長芯還具有以預(yù)定距離分隔開的匹配的突起，以與所述鞘的內(nèi)直徑的擠出輪廓相配合；成像設(shè)備芯片，其被配合在所述關(guān)節(jié)鏡的遠(yuǎn)端處，具有被布置在所述關(guān)節(jié)鏡的觀察方向上的成像表面，成像芯片被構(gòu)造成當(dāng)所述第一表面和所述第二表面的鉸接點(diǎn)被調(diào)節(jié)時(shí)改變角度位置；以及照明源，其在所述關(guān)節(jié)鏡的近端處，用于照明內(nèi)窺鏡所指向的手術(shù)部位；其中，所述鞘的內(nèi)直徑密切匹配所述細(xì)長芯的方形徑向截面尺寸，并且其中，在外部的鞘的內(nèi)表面限定出多個(gè)在所述關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)中縱向延伸的流體通道。
5.如權(quán)利要求4所述的關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)，還包括鄰近所述第一表面和所述第二表面的兩個(gè)相反的側(cè)表面。
6.如權(quán)利要求4所述的關(guān)節(jié)鏡系統(tǒng)，還包括可操作地連接到在外部的鞘的流體歧管，歧管包括與多個(gè)流體通道連通的多個(gè)流體通路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種關(guān)節(jié)鏡，該關(guān)節(jié)鏡包括具有方形徑向截面的細(xì)長芯。
文檔編號A61B1/317GK103037753SQ201180037173
公開日2013年4月10日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
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