專利名稱：使用微型內(nèi)窺鏡的便攜式成像系統(tǒng)的制作方法
使用微型內(nèi)窺鏡的便攜式成像系統(tǒng)
本申請(qǐng)是2006年3月8日遞交的申請(qǐng)?zhí)枮?00680010519. 1，發(fā)明名稱為“使用微型內(nèi)窺鏡的便攜式成像系統(tǒng)”的分案申請(qǐng)
相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)是作為2001年10月19日申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)第10/042，126號(hào)的部分繼續(xù)申請(qǐng)的于2005年3月8日申請(qǐng)的未審的美國(guó)專利申請(qǐng)第11/075，827號(hào)的部分繼續(xù)申請(qǐng)。 這份申請(qǐng)要求給 2005 年 3 月 4 日以 “Miniature Endoscope With Imaging FiberSystem” 為題申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)第11/072，685號(hào)的優(yōu)先權(quán)。上述申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此通過引證被全部并入。
背景技術(shù)：
內(nèi)窺鏡能夠肉眼檢查腔體內(nèi)的結(jié)構(gòu)。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，內(nèi)窺鏡的使用允許用于診斷、查看外科手術(shù)部位、采集組織樣品或使安全操縱其它外科手術(shù)器具變得容易為目的的器官檢驗(yàn)。
舉例來說，腹腔鏡對(duì)于檢查腹部區(qū)域中的器官特別有用。腹腔鏡通常包括用來照明待觀察區(qū)域的光導(dǎo)管、至少一個(gè)用來聚焦和轉(zhuǎn)播被照明對(duì)象圖像的透鏡組件和為在外科手術(shù)程序期間將組織損傷減到最少而構(gòu)成的整個(gè)組件的殼體。光導(dǎo)管能包括用來照明該部位的光纖元素。腹腔鏡殼體包括能插在體腔里面的遠(yuǎn)端區(qū)段和包括使用者能抓緊它使遠(yuǎn)端在外科手術(shù)部位附近定位的手柄的近端區(qū)段。
現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡能包括成像裝置，例如，電荷耦合器件(CXD)。這個(gè)能器件能捕捉被查看對(duì)象的圖像并且把它傳送給顯示裝置，例如，監(jiān)視器。為了改進(jìn)操作特征和可制造性， 繼續(xù)需要改善成像能力和減少患者冒風(fēng)險(xiǎn)的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及耐用性、分辨率和視野都有改進(jìn)的小直徑成像探頭或內(nèi)窺鏡。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，包括一次性護(hù)套的探頭的遠(yuǎn)端能在檢查時(shí)插進(jìn)組織。該探頭有小于 3毫米的直徑，優(yōu)選有小于2毫米的直徑，以減少插入點(diǎn)的損傷并借此提供通向內(nèi)窺鏡檢查程序以別的方式到不了的部位的通路。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，內(nèi)窺鏡有將圖像從遠(yuǎn)端傳輸?shù)浇说墓饫w波導(dǎo)。透鏡系統(tǒng)被放置在光纖波導(dǎo)的遠(yuǎn)端。成像裝置與光纖波導(dǎo)的近端光學(xué)耦合。護(hù)套在光纖波導(dǎo)周圍延伸，該護(hù)套包括照明光纖。雖然優(yōu)選的實(shí)施方案利用外徑在2毫米以下的探頭和護(hù)套組件， 但是特定的應(yīng)用將適應(yīng)圖像光纖數(shù)目較大的較大直徑的器具以提供分辨率較高的圖像。這些應(yīng)用能利用范圍在2-4毫米的外徑。
在一個(gè)實(shí)施方案中，透鏡系統(tǒng)有第一透鏡元素、第二透鏡元素和孔徑光闌。透鏡系統(tǒng)使來自對(duì)象上任何給定位置的光與眾多光纖耦合，以致光的數(shù)值孔徑作為相對(duì)于該透鏡系統(tǒng)的縱軸的角度的函數(shù)改變。這提供與光纖孔徑更有效的耦合。這是使用非遠(yuǎn)心透鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。
該透鏡系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案包括一對(duì)透鏡和孔徑光闌。透鏡是為改善在末端透鏡邊界周圍光線收集而成形的。這在該裝置的整個(gè)視野上提供較清楚的圖像?？讖焦怅@是為提供與光纖陣列的有效耦合而定位的。
該成像裝置可能是電荷耦合器件(CCD)、CMOS成像器件或其它有象素元素的二維陣列的固態(tài)成像傳感器。成像傳感器安裝在手柄組件的電路板上。該傳感器能捕捉被查看對(duì)象的圖像，而安裝在該電路板上的圖像處理電路把該圖像數(shù)據(jù)在視頻電纜上轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)以便儲(chǔ)存、處理和/或顯示。
舉例來說，微型內(nèi)窺鏡系統(tǒng)能用于整形外科的、風(fēng)濕科的、一般腹腔鏡的、婦科的或耳、鼻、喉的檢查程序；大小關(guān)節(jié)、心臟、腫瘤學(xué)、肺部、乳房、腦GI和獸醫(yī)的應(yīng)用。雖然許多應(yīng)用需要小的直徑以減少外傷，但是特定的應(yīng)用能適應(yīng)較大的直徑。探頭可以在護(hù)套或成像探頭中包括為其它手術(shù)元素的插入作準(zhǔn)備的敞口管道，以便用流體沖洗該部位、把光或其它的能源引向治療部位或取出組織樣品。
護(hù)套組件可以包括向護(hù)套轂組件上的接卡延伸的照明光纖的同心陣列。作為替代，照明光纖可以與探頭組件中經(jīng)由從手柄向光源殼體延伸的光纖電纜直接耦合的光纖接卡耦合。該殼體可以包括把影像寫到磁盤上的視頻磁盤刻錄機(jī)。對(duì)于特定的應(yīng)用，照明束能這樣放置在探頭里面，以致護(hù)套是比較薄的或者能適應(yīng)較大的工作管道。
現(xiàn)在的系統(tǒng)有四種適合整形外科使用的優(yōu)選應(yīng)用在診所診斷、手術(shù)室外科切除術(shù)/程序、手術(shù)后在診所評(píng)估和把藥物遞送到關(guān)節(jié)中同時(shí)在直接看見的條件下確定它們的正確位置的治療用法。
除了它在診所中使用之外，該系統(tǒng)能用于手術(shù)室代替標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)節(jié)鏡。通過除去使用關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡沖洗流體或大孔攝像機(jī)的需要，關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡檢查程序帶來的痛苦和腫脹與不除去這種需要相比將被大大減少?；颊叩诙炀湍芑氐皆\所或運(yùn)動(dòng)場(chǎng)。
對(duì)于現(xiàn)在沒有可能使用傳統(tǒng)的磁共振成像技術(shù)的組織和粘合移植物程序，該系統(tǒng)被用于康復(fù)處理的術(shù)后評(píng)估。例子包括重修關(guān)節(jié)軟骨表面程序、半月板修復(fù)、唇狀邊緣修復(fù)、肌腱套修復(fù)、關(guān)節(jié)表面的破碎減少、韌帶完整性和其它用法的評(píng)估。
該系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)(或者其它查看系統(tǒng))、攝像機(jī)、光源、在各個(gè)程序之間不需要再處理就可再次使用的手柄、和單一患者使用的一次性的無菌屏障和透鏡成份。該系統(tǒng)取消空間需求、再處理設(shè)備的費(fèi)用、與對(duì)時(shí)間敏感的內(nèi)窺鏡再次消毒有關(guān)的人力和費(fèi)用。


本發(fā)明的上述和其它的目的、特征和利益通過下面對(duì)附圖中舉例說明的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的更具體的描述將變得顯而易見，在這些附圖中相似的參考符號(hào)在不同的視圖處處表示同一零部件。這些附圖不必依比例繪制，而是強(qiáng)調(diào)舉例說明本發(fā)明的原則。
圖I舉例說明依照本發(fā)明的微型內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的示意圖2是插管的剖視圖3是在插管里面的套管針的剖視圖4是微型內(nèi)窺鏡的透視圖5是有一次性護(hù)套覆蓋插管的微型內(nèi)窺鏡的剖視圖6A是一次性護(hù)套/照明單元的剖視圖6B是一次性護(hù)套的遠(yuǎn)端放大剖視圖7A是沿著圖6A中線7A-7A獲取的一次性護(hù)套/照明單元的近端剖視圖7B是沿著圖6A和圖6B中線7B-7B被帶獲取的一次性護(hù)套遠(yuǎn)端的前視圖8是一次性護(hù)套/照明單元的側(cè)視圖，展示照明引線；
圖9是微型內(nèi)窺鏡的成像單元的剖視圖IOA是在圖9中用IOA定義的部分指出的成像單元的遠(yuǎn)端的放大視野；
圖IOB是沿著圖IOA中的線10B-10B獲取的成像單元遠(yuǎn)端的前視圖11是沿著圖IOA中線11-11獲取的成像單元的示意局部放大剖視圖12是遠(yuǎn)端透鏡系統(tǒng)的放大視圖13是用于內(nèi)窺鏡遠(yuǎn)端的不同的透鏡系統(tǒng)的最大光線角度的正弦隨規(guī)范化圖像高度變化的曲線圖；。
圖14是遠(yuǎn)端透鏡系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方案的放大視圖15是內(nèi)窺鏡的另一個(gè)實(shí)施方案的剖視圖16A是沿著圖15的線16A-16A獲取的內(nèi)窺鏡的剖視圖16B是沿著圖15的線16B-16B獲取的內(nèi)窺鏡的剖視圖16C是在圖16B中用IOC定義的部分指出的成像單元的放大剖視圖17A是內(nèi)窺鏡的另一個(gè)實(shí)施方案的剖視圖17B是沿著圖17A的線17B-17B獲取的內(nèi)窺鏡剖視圖18是兩件式一次性護(hù)套/照明單元的側(cè)視圖19是用于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的控制單元的示意圖20舉例說明使用本發(fā)明的優(yōu)選方法；
圖21依照本發(fā)明舉例說明便攜式內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案；
圖22依照本發(fā)明舉例說明內(nèi)窺鏡的優(yōu)選實(shí)施方案；
圖23是護(hù)套的端視圖24是優(yōu)選的內(nèi)窺鏡裝置的示意圖；而
圖25是另一種優(yōu)選的內(nèi)窺鏡裝置的示意圖。
具體實(shí)施方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方案是用展示微型內(nèi)窺鏡20的圖I舉例說明的。內(nèi)窺鏡20有成像單元22和護(hù)套/照明單元24。內(nèi)窺鏡20有圖像傳輸路徑，例如，在桿梢29的加長(zhǎng)管28中用來查看被檢查對(duì)象的為數(shù)眾多的光纖26，在圖11和12中能清楚地看到光纖146。光纖 26在手柄32中與成像裝置30 (例如，在圖9中看到的電荷耦合器件或其它的象素化平板傳感器)光學(xué)耦合。護(hù)套/照明單元24的一次性護(hù)套34覆蓋桿梢29裝光纖26的加長(zhǎng)管 28。一次性護(hù)套34在近端有用安裝機(jī)制36固定到手柄32上底座35。在一個(gè)實(shí)施方案中， 護(hù)套/照明單元24的一次性護(hù)套34有為數(shù)眾多的光纖把光線傳輸?shù)揭淮涡宰o(hù)套34的遠(yuǎn)端和遠(yuǎn)端探頭29。一次性護(hù)套/照明單元24的遠(yuǎn)端有連接器38與光源40連接。
手柄32能收容用來把電力提供給內(nèi)窺鏡20的功率輸入端41。人們將承認(rèn)光源 40和/或電源能安裝在手柄32里面。
手柄32也能收容圖像輸出端42。圖像輸出端42在內(nèi)窺鏡20的成像單元22的成像器件和電子存儲(chǔ)器和/或顯示裝置之間提供連接。在一個(gè)實(shí)施方案中，存儲(chǔ)裝置是與監(jiān)視器46連接的計(jì)算機(jī)44。控制單元250將參照?qǐng)D19予以更詳細(xì)的描述。
如同下面更詳細(xì)地解釋的那樣，成像單元22不需要滅菌消毒，因?yàn)槌上駟卧?2不接觸身體或直接暴露在身體中。為了形成無菌屏障，護(hù)套/照明單元24有作為套管組件52 用固定到成像單元22上的底座35攜帶的一次性護(hù)套34覆蓋加長(zhǎng)管28。除此之外，護(hù)套/ 照明單元24有安裝在護(hù)套/照明單元24的底座35上其位置適合覆蓋成像單元22的剩余部分提供無菌環(huán)境的無菌布簾52。
內(nèi)窺鏡和有一次性護(hù)套的內(nèi)窺鏡是在2000年9月13日申請(qǐng)的PCT申請(qǐng)PCT/ US00/25107和在2000年3月6日申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)第09/518，954號(hào)所描述的。上述申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此通過引證被全部并入。
在進(jìn)一步詳細(xì)討論內(nèi)窺鏡20之前，為了使用內(nèi)窺鏡20，需要將內(nèi)窺鏡20放置在身體中以便查看預(yù)期的位置。一種這樣的方法是將插管60插進(jìn)身體而且使內(nèi)窺鏡20穿過插管60。下面描述一種先將插管60插進(jìn)身體然后使用插管60把內(nèi)窺鏡20插進(jìn)身體的方法。
在插入程序期間，首先將插管60 (例如，在圖2中見到的插管)插進(jìn)身體的某個(gè)部位。插管60有底座62和管子64。管子64有從遠(yuǎn)端68延伸到底座62中的空間70的軸 66。在一個(gè)實(shí)施方案中，管子64是用柔性材料(例如，塑料或薄壁不銹鋼)制成的。插管 60有適合藥物或流體注入或抽吸裝置附著的螺旋式接頭72。
為了將插管60插進(jìn)身體，用容納在插管60的軸66之內(nèi)的套管針76的剛性軸78 將套管針76 (如同在圖3中見到的)插進(jìn)插管60。套管針76的剛性軸78從插管60的管子64的遠(yuǎn)端略微伸出而且有在需要時(shí)在外科手術(shù)部位刺入組織的管心針80。一旦插管60 被放置在外科手術(shù)部位，就將套管針76從插管60中取出，然后安裝內(nèi)窺鏡20。插管60是憑使用者的手對(duì)位置的感覺定位的。
雖然插管60和套管針76相對(duì)而言是成本最小的而且能在滅菌消毒之后被重復(fù)使用或在使用之后被丟掉，但是因?yàn)閮?nèi)窺鏡20的一些零部件，例如，成像單元22中的零部件， 不想丟掉整個(gè)內(nèi)窺鏡20。內(nèi)窺鏡20使用一次性套管或護(hù)套34以幫助維持無菌環(huán)境和減少或取消重復(fù)使用前的滅菌消毒需求。
先前描述了將內(nèi)窺鏡20插進(jìn)插管60把內(nèi)窺鏡20的遠(yuǎn)端置于適當(dāng)?shù)奈恢玫姆椒ǎ?現(xiàn)在進(jìn)一步詳細(xì)描述內(nèi)窺鏡20。參照?qǐng)D4，該圖展示內(nèi)窺鏡20的透視圖。內(nèi)窺鏡20有可再次使用的成像單元22和用過就丟棄的護(hù)套/照明單元24。一次性護(hù)套/照明單元24有用來覆蓋和環(huán)繞成像單元22的加長(zhǎng)管28的加長(zhǎng)管。護(hù)套/照明單元24的加長(zhǎng)管有密封的遠(yuǎn)端84，而且一些實(shí)施方案包括用來將照明從外部光源40傳輸?shù)竭h(yuǎn)端84的光纖，如圖I 所示。在護(hù)套/照明單元24的近端是用安裝機(jī)制36固定到內(nèi)窺鏡20的成像單元22上的底座35。光學(xué)引線88從底座35伸出，以便與光源40連接。除此之外，護(hù)套/照明單元24 有安裝到底座35上并且延伸到成像單元22的手柄32上的布簾52。如同下面參照?qǐng)D9_11 進(jìn)一步詳細(xì)描述的那樣，成像單元22的手柄32容納光學(xué)器件和成像裝置32以便接收通過位于成像單元22的加長(zhǎng)管28之中的光纖26傳輸?shù)膱D像。
圖5是包括有圖像光纖26的可再次使用的成像單元22和一次性護(hù)套/照明單元 24的微型內(nèi)窺鏡20的剖視圖。插管60被展示為用護(hù)套/照明單元24的一次性護(hù)套34覆蓋，該護(hù)套覆蓋成像單元22的探頭29。
如圖5所示，內(nèi)窺鏡20的可再次使用的成像單元22被無菌的一次性護(hù)套/照明單元24環(huán)繞。一次性護(hù)套/照明單元24有一次性護(hù)套34，該護(hù)套在遠(yuǎn)端84密封并且環(huán)繞和包圍攜帶成像單元22的光纖26的加長(zhǎng)管28。在護(hù)套/照明單元24的底座35上的安裝機(jī)制36被固定到成像單元22上的安裝機(jī)制92上。
一次性護(hù)套/照明單元24有包圍成像單元22的手柄的布簾52。除此之外，護(hù)套 /照明單元24有與在圖I中見到的光源40連接的照明引線。照明引線88與護(hù)套中的光纖光學(xué)耦合，如同下面更詳細(xì)地解釋的那樣。
參照?qǐng)D6A，該圖展示護(hù)套/照明單元24的側(cè)視圖。護(hù)套單元24有一次性護(hù)套34， 其中加長(zhǎng)的外層護(hù)套98從底座35延伸到遠(yuǎn)端84。照明引線88從底座伸出并且與圖7中見到的護(hù)套34里面的照明光纖光學(xué)耦合。護(hù)套/照明單元24的底座35攜帶當(dāng)兩個(gè)單元 22和24結(jié)合的時(shí)候覆蓋成像單元22的手柄35的布簾52。
圖6B是護(hù)套/照明單元24的一次性護(hù)套34的遠(yuǎn)端84的放大視圖。一次性護(hù)套 34有從底座35內(nèi)伸出(如圖6A所示)充當(dāng)護(hù)套單元24的保護(hù)遮蓋物和無菌屏障的外層護(hù)套98。與外層護(hù)套98隔開并且共線的是一次性護(hù)套34的內(nèi)管100。內(nèi)管100在空間102 中定義用來接受成像單元22的探頭29的加長(zhǎng)管28的圓筒形空間。內(nèi)管100同樣從一次性護(hù)套34的遠(yuǎn)端84延伸到護(hù)套/照明單元22的底座35。內(nèi)管100與外層護(hù)套98相比進(jìn)一步伸出，以形成容納在圖6A和7A中清楚地看到的為數(shù)眾多的照明光纖108的管道106。 窗口 110位于內(nèi)管100的遠(yuǎn)端，被固定到內(nèi)管100上，在用來接受圖像單元22的加長(zhǎng)管28 的空間102和護(hù)套/照明單元24與身體接觸的外層部分之間形成無菌屏障84。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，護(hù)套/照明單元24的一次性護(hù)套34的外層護(hù)套98是用不銹鋼材料制造的而且有大約O. 038英寸的外徑。內(nèi)管100同樣是用不銹鋼材料制造的。照明光纖108是用玻璃或塑料光纖制造的。依據(jù)該裝置的尺寸，使用最大數(shù)目的照明光纖108 來填充管道106。在一個(gè)例子中，一次性護(hù)套34從護(hù)套/照明單元24的底座35伸出2. 246 英寸。
插在外層護(hù)套98和內(nèi)管之間的是在圖7A和7B中清楚地看到的環(huán)繞內(nèi)管100的為數(shù)眾多的照明光纖108。圖7A是穿過一次性護(hù)套24的底座35的剖視圖。外層護(hù)套98 是用圖7A的下半部分展示的，而且在與圖7A的上半部分分段之前結(jié)束。然而，定義容納成像單元22的加長(zhǎng)管28的空間102的內(nèi)管100如圖6A所示延伸到接收室114，所以被展示在圖7A的上下兩個(gè)部分之中。光從照明引線88經(jīng)過在圖6A中見到的光纖108傳輸?shù)皆趫D7A的上半部分中見到的傳輸單元118，該傳輸單元鄰接位于護(hù)套/照明單元24的一次性護(hù)套34的外層護(hù)套98和內(nèi)管100之間的照明光纖108。
圖7B展示一次性護(hù)套/照明單元24的遠(yuǎn)端84。窗口 110覆蓋和密封容納成像單元22并且被內(nèi)管100包圍的空間102。插在外層護(hù)套98和內(nèi)管100之間的是為數(shù)眾多的照明光纖108。在圖示的實(shí)施方案中，照明光纖108的遠(yuǎn)端未被保護(hù)，暴露在身體之中。
圖8與圖6A類似，因?yàn)樗故疽淮涡宰o(hù)套/照明單元24。除此之外，圖8展示在圖6A中舍棄的整個(gè)照明引線。
照明引線88有用來連接光源40上的接卡的連接件38。照明引線88有為數(shù)眾多的從連接件38延伸到光纖108的光纖，光纖108把從光源40收到的光線傳輸?shù)綀D7A所示的傳輸單元118，然后在出口 84射出。
參照?qǐng)D9，該圖展示內(nèi)窺鏡20的成像單元的剖視圖。成像單元22有帶從手柄32 伸出的加長(zhǎng)管28的探頭29。在手柄32的近端是成像裝置。在這個(gè)實(shí)施方案中，把光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電圖像的電荷耦合器件(CCD) 30B被裝在手柄32的可分離殼體120A之中。插在在加長(zhǎng)管28中延伸的光纖或光纖26和CCD30B之間的是為數(shù)眾多的用來把光纖或光纖26 的近端124的圖像投射到(XD30B上的透鏡122A。玻璃窗口 122B附著在外殼120B并且為該范圍提供密封。它也保護(hù)透鏡使之免受污染。
成像單元22將來自光纖26的末端的圖像放大并且使它與電荷耦合器件30B耦合。如同前面指出的那樣，電荷耦合器件與電子存儲(chǔ)器和/或顯示裝置(例如，在圖I中見到的與監(jiān)視器46連接的計(jì)算機(jī)44)連接。
成像單元22的手柄32有用來與護(hù)套照明單元24的安裝機(jī)制36連接的安裝機(jī)制 128。安裝機(jī)制128有用來接受位于安裝機(jī)制36上的銷釘?shù)莫M槽130。除此之外，安裝機(jī)制 128有凸出物134，被圖6A所示的護(hù)套/照明單元24的接收室114收容的探頭29從該凸出物向外突出。
圖IOA展示成像單元22的遠(yuǎn)端的放大圖。成像單元22的桿梢29有從遠(yuǎn)端126 向手柄32的殼體120延伸的加長(zhǎng)管28。除此之外，在桿梢29的遠(yuǎn)端126，有從遠(yuǎn)端126伸出某個(gè)微小距離而且恰好超過光纖或圖像光纖26的末端的某個(gè)微小距離的管子138。管子 138通常被稱為長(zhǎng)管138，因?yàn)榕c長(zhǎng)管138共線的直徑較小且較短的管子140藏在長(zhǎng)管138 里面而且將透鏡系統(tǒng)142在向遠(yuǎn)端126伸出。加長(zhǎng)管或外管128、長(zhǎng)管138和小管140是這樣安裝的，以致它們的遠(yuǎn)端是齊平的而且用諸如醫(yī)用級(jí)環(huán)氧樹脂之類的粘合劑固定。下面將進(jìn)一步詳細(xì)描述的透鏡系統(tǒng)142在成像單元22的加長(zhǎng)管28的末端。成像單元22的加長(zhǎng)管28被收容在一次性護(hù)套/照明單元24之內(nèi)，所以在首次使用之前不需要滅菌消毒。
圖IOB是成像單元22的遠(yuǎn)端126的端視圖。展示全部共線的透鏡系統(tǒng)142、小管 140、長(zhǎng)管138和外管或加長(zhǎng)管28。
參照?qǐng)D11，該圖展示內(nèi)窺鏡20的成像單元22的剖視圖。成像單元22的探頭29 有為數(shù)眾多的用來把圖像從桿梢29的遠(yuǎn)端126傳輸?shù)绞直?2的光纖146。在桿梢29的遠(yuǎn)端包圍光纖146的是用來把圖像光纖26中的光纖146保持在適當(dāng)位置的長(zhǎng)管138。外管或加長(zhǎng)管28環(huán)繞長(zhǎng)管138而且從在桿梢29的遠(yuǎn)端126附近的起點(diǎn)到在手柄32里面的另一端保護(hù)圖像光纖26的光纖146。通常有數(shù)千根圖11所示的光纖146被融合在一起。進(jìn)入它們的圖像加載是用遠(yuǎn)端透鏡系統(tǒng)142完成的，該遠(yuǎn)端透鏡系統(tǒng)如同下面描述的那樣按照對(duì)圖像光纖束26的位置的關(guān)系安排圖像的亮度級(jí)。
除此之外，這些光纖是用無序包裹法包裹的。當(dāng)圖像光纖束26從成像單元22的遠(yuǎn)端126附近向位于手柄32內(nèi)的光纖近端延伸的時(shí)候，這種無序包裹法限制圖像/光從一個(gè)透鏡142向另一個(gè)透鏡傳輸。光纖的無序包裝是通過改變作為待探查區(qū)域的光纖攙雜實(shí)現(xiàn)的。
參照?qǐng)D12，該圖展示在護(hù)套/照明單元24的一次性護(hù)套34里面的成像單元22的桿梢29的遠(yuǎn)端的剖視圖。一次性護(hù)套34有與內(nèi)管100共線的外層護(hù)套98。插在外層護(hù)套 98和內(nèi)管100之間的是在圖7B中清楚地見到的為數(shù)眾多的用于照明的照明光纖108。在一次性護(hù)套的遠(yuǎn)端是窗口，該窗口通過諸如粘牢之類的方法固定到容納成像單元22的桿梢29的空間或內(nèi)部管道102上形成邊界。成像單元22有如圖9所示從遠(yuǎn)端126延伸到手柄32之內(nèi)的加長(zhǎng)管或外管28。位于桿梢29的遠(yuǎn)端126的是兩個(gè)附加的管子或套管，較短的內(nèi)部套管被稱為小管140，保有和固定遠(yuǎn)端透鏡系統(tǒng)142的透鏡元素。較大且較長(zhǎng)的套管被稱為長(zhǎng)管138,環(huán)繞著小管140和圖像光纖26中的光纖146的起點(diǎn)。
圖12所示的遠(yuǎn)端透鏡系統(tǒng)142是有一對(duì)透鏡150、152和孔徑光闌154的消色差透鏡系統(tǒng)。透鏡150和152每個(gè)都有中凸表面156，這兩個(gè)中凸表面彼此相對(duì)。比較靠近遠(yuǎn)端126的第二透鏡152有鄰接光學(xué)孔徑光闌154的平面表面158?？讖焦怅@154和透鏡 150、152是這樣設(shè)計(jì)的，以致最大光線角度的正弦在N. A.(數(shù)值孔徑)接近光纖。
圖12中的光線顯跡160舉例說明圖像脫離該頁以適當(dāng)?shù)慕咕嘞蛴彝渡浜瓦@幅圖像如何通過孔徑光闌154和透鏡152、150平移到圖像光纖26中的為數(shù)眾多的光纖146。該透鏡系統(tǒng)是非遠(yuǎn)心的。
參照?qǐng)D13，該圖展示將現(xiàn)有技術(shù)透鏡系統(tǒng)包括在內(nèi)的三種不同的透鏡系統(tǒng)的最大光線角度的正弦隨規(guī)范化圖像高度變化的曲線圖。如同下面討論的那樣，視野取決于透鏡配置。圖13中的曲線圖展示關(guān)于50度透鏡系統(tǒng)的光線角度的最大正弦的一條線和關(guān)于70 度透鏡系統(tǒng)的光線角度的最大正弦的第二條線。在70度系統(tǒng)中，最大的正弦大約是O. 32。 所以，光纖的N. A.(數(shù)值孔徑)大約是同一數(shù)值。反之，50度視野系統(tǒng)有大約為O. 25的最大光線角度正弦。因此，光纖有這個(gè)數(shù)值孔徑。舉例來說，該系統(tǒng)能在30-80度范圍內(nèi)以任何選定的水平提供視野。
在一個(gè)實(shí)施方案中，內(nèi)窺鏡20有10000個(gè)光纖元素。在這個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)光纖元素146有4. 4微米的直徑。光纖26的總直徑是O. 46安裝機(jī)制。成像單元的加長(zhǎng)管或外管28是用不銹鋼制成的。人們將承認(rèn)，該觀察儀器能按許多種尺寸制成，下表只是各種不同的居間尺寸的觀察儀器的例證。
權(quán)利要求
1.一種用來在哺乳動(dòng)對(duì)象內(nèi)觀察的光纖探頭，其中包括 手柄，該手柄具有與具有光學(xué)耦合器和接卡的光纖成像探頭光耦合的成像裝置，該手柄具有控制面板以電操縱成像裝置、連接到成像裝置的主機(jī)處理器以及存儲(chǔ)器，該光纖成像探頭具有遠(yuǎn)端的透鏡和通過圖像放大透鏡與成像裝置耦合的光纖成像通道；以及 包圍光纖成像探頭的一次性管狀護(hù)套，該護(hù)套用所述接卡與所述手柄連接并且有小于3毫米的直徑，該一次性管狀護(hù)套具有照明光纖同心陣列和位于一次性管狀護(hù)套的近端的耦合器，所述的耦合器將一次性管狀護(hù)套連接到手柄上，這樣使得耦合器上的端口將照明光纖同心陣列光連接到光源上，這樣使得光源能夠可拆除地耦合到照明光纖同心陣列上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，其中所述成像裝置被配置在單一芯片包裝中，該單一芯片包裝包括圖像處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的光纖探頭，其中所述存儲(chǔ)器包括在所述單一芯片包裝里面的電子SRAM存儲(chǔ)器或移動(dòng)的記錄媒介，該記錄媒介能夠被插入到所述手柄的狹槽中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的光纖探頭，進(jìn)一步包括耦合到照明光纖同心陣列上的多個(gè)發(fā)光二極管(LED)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，進(jìn)一步包括連接到一次性管狀護(hù)套上的布簾，該布簾在手柄上延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的光纖探頭，其中激光器包括氮化鎵二極管激光器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，其中所述無線發(fā)射器把視頻圖像傳輸給控制單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的光纖探頭，進(jìn)一步包括將所述手柄連接到底座單元的電纜。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，進(jìn)一步包括無線接收器。
10.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，其中照明光纖同心陣列同心環(huán)繞所述光纖成像通道。
11.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，其中光纖成像探頭進(jìn)一步包括與手柄連接的圖像光纖束，該圖像光纖束的近端與所述光學(xué)耦合器光學(xué)耦合。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的光纖探頭，進(jìn)一步包括多個(gè)透鏡，其在圖像光纖束的遠(yuǎn)端提供色差校正。
13.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，其中所述一次性管狀護(hù)套被可分離地連接到手柄上，并被插入具有螺旋式接頭的插管。
14.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，其中光纖成像探頭是整形外科成像裝置，其中一次性管狀護(hù)套是可插入到整形外科接合處的，而不需要擴(kuò)張流體。
15.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，進(jìn)一步包括可與手柄連接的底座單元，其中底座單元包括電池充電器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的光纖探頭，其中底座單元包括無線接收器。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的光纖探頭，其中手柄與計(jì)算機(jī)連接。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的光纖探頭，其中計(jì)算機(jī)包括膝上型電腦和顯示器。
19.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，其中成像裝置包括CMOS成像裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，進(jìn)一步包括識(shí)別一次性管狀護(hù)套的確認(rèn)電路。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的光纖探頭，其中所述確認(rèn)電路被安裝在手柄上。
22.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，進(jìn)一步包括用來運(yùn)送計(jì)算機(jī)顯示器和所述光纖成像探頭的手推車。
23.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，其中一次性管狀護(hù)套有在50毫米和2500毫米之間的長(zhǎng)度。
24.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，進(jìn)一步包括用來把藥物或成像染料遞送到在身體空腔中感興趣的區(qū)域的流體遞送管道。
25.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖探頭，進(jìn)一步包括在手柄上的顯示裝置。
全文摘要
本發(fā)明便攜供用來完成內(nèi)窺鏡檢查檢查程序的車載或便攜式系統(tǒng)和方法。諸如膝上型計(jì)算機(jī)之類的便攜式顯示裝置與包括微型攝像機(jī)和光纖照明子系統(tǒng)的手柄耦合。無菌的一次性部分裝配在照明子系統(tǒng)之上并且被插進(jìn)入患者身上的目標(biāo)區(qū)域。當(dāng)內(nèi)窺鏡檢查檢查程序運(yùn)行的時(shí)候，該目標(biāo)區(qū)域的圖像從所述攝像機(jī)傳送到所述顯示裝置，因此有利于在該程序期間進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷。
文檔編號(hào)G02B23/26GK102973237SQ20121042289
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2006年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月8日
發(fā)明者托馬斯·J·吉爾, 詹姆斯·E·邁克唐納 申請(qǐng)人:威神斯扣普技術(shù)有限公司