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
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)是申請(qǐng)于2007年4月20日的、申請(qǐng)?zhí)枮?1/788,747的美國專利申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，而美國專利申請(qǐng)11/788，747又是申請(qǐng)于2006年8月30的申請(qǐng)?zhí)枮?1/512,715的美國專利申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，而美國專利申請(qǐng)11/512,715又是申請(qǐng)于2006年3月8日的申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US06/008342的國際申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，而國際申請(qǐng)PCT/US06/008342又是申請(qǐng)于2005年3月8日的美國專利申請(qǐng)11/075，827的部分繼續(xù)申請(qǐng)，而申請(qǐng)11/075，827又是申請(qǐng)于2001年10月19日的申請(qǐng)?zhí)枮?0/042，126的美國專利申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)。本申請(qǐng)要 求申請(qǐng)于2005年3月4日的，當(dāng)前的申請(qǐng)?zhí)枮?1/072，685，名稱為 “Miniature Endoscope With Imaging Fiber System” 的美國專利申請(qǐng)為優(yōu)先權(quán)。上述申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此被并入作為參考。
背景技術(shù)：
內(nèi)窺鏡能夠使得對(duì)腔內(nèi)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化檢查。在醫(yī)療領(lǐng)域中，內(nèi)窺鏡的使用可以允許為了治療而檢查器官、查看手術(shù)部位、對(duì)組織進(jìn)行取樣或方便安全地操縱其它手術(shù)儀器。舉例來說，腹腔鏡被專門用于檢查腹部中器官。腹腔鏡典型地包括用于照明待被檢查區(qū)域的光管、至少一個(gè)用于聚焦和傳遞被照明對(duì)象的圖像的透鏡組件、以及用于全部組件的殼體，該殼體被構(gòu)造成在外科手術(shù)期間對(duì)組織的損害減少到最小。光管可以包括用于照明部位的光纖元件。腹腔鏡殼體包括能夠被插入到體腔中的遠(yuǎn)端截面和近端截面，所述的近端截面可以包括手柄，使用者握著這個(gè)手柄可以將遠(yuǎn)端定位在手術(shù)部位的附近?，F(xiàn)有的內(nèi)窺鏡可以包括成像裝置,諸如光電稱合裝置((XD)。這個(gè)裝置可以捕獲正在被查看的對(duì)象的圖像，并將它傳送給顯示裝置，比如監(jiān)視器。對(duì)內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的操作特征及工藝性的提高有著持續(xù)的需求，以及改善成像能力和減少對(duì)患者的危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是涉及一種具有改進(jìn)穩(wěn)定性、分辨率和視野的小直徑的成像探針或內(nèi)窺鏡。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，包括一次性護(hù)套的探針的遠(yuǎn)端可以在檢查中被插入到組織中。探針具有少于3毫米的直徑，而且優(yōu)選的是少于2毫米的直徑，以減少在插入點(diǎn)上產(chǎn)生的外傷，并從而提供到部位的路徑，否則對(duì)于內(nèi)窺鏡工序來說是無法接近的。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，內(nèi)窺鏡具有將來自遠(yuǎn)端的圖像傳遞到近端的光纖波導(dǎo)。透鏡系統(tǒng)被布置在光纖波導(dǎo)的遠(yuǎn)端處。成像裝置被光學(xué)耦合到光纖波導(dǎo)的近端上。護(hù)套圍繞光纖波導(dǎo)延伸，所述的護(hù)套包括照明纖維。盡管優(yōu)選的實(shí)施方案利用具有2mm或更少的外徑的探針和護(hù)套組件，但是一些應(yīng)用也適合具有大量成像纖維的較大直徑的儀器以提供更高分辨率的圖像。這些應(yīng)用可以利用在2-4_范圍內(nèi)的外徑。在一個(gè)實(shí)施方案中，透鏡系統(tǒng)具有第一透鏡元件、第二透鏡元件和孔徑光闌。透鏡系統(tǒng)將光從目標(biāo)上的任何給定位置上耦合到眾多光學(xué)纖維上，這樣光的數(shù)值孔徑的作為關(guān)于透鏡系統(tǒng)的縱向軸的角度的函數(shù)而變化。這樣就提供了與纖維孔徑更加有效的連接。這點(diǎn)可以通過使用非遠(yuǎn)心透鏡系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。透鏡系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案包括一對(duì)透鏡和孔徑光闌。所述的透鏡被定以形狀來改善遠(yuǎn)端透鏡外圍周圍的光的收集。這樣就提供了橫貫裝置整個(gè)視野的清楚的圖像。所述的孔徑光闌被如此定位以提供與纖維陣列有效的連接。成像裝置可以是電耦合裝置(CXD)、CMOS成像裝置或其他具有二維陣列像素元件的固態(tài)成像傳感器。成像傳感器被安裝在手柄組件中的電路板上。傳感器可以捕獲正在被觀察的目標(biāo)的圖像，以及安裝在電路板上的圖像處理電路將圖像數(shù)據(jù)通過視頻電纜傳遞給計(jì)算機(jī)以進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和/或顯示。微型內(nèi)窺鏡系統(tǒng)可以被用于，舉例來說，整形外科、風(fēng)濕免疫疾病(rhematologic)、一般的腹腔鏡手術(shù)、婦產(chǎn)科或耳、鼻和喉程序，小的和大的關(guān)節(jié)，心臟、腫瘤、肺、胸部、大腦、GI和獸醫(yī)的應(yīng)用。盡管很多應(yīng)用要求很小的直徑以減少損傷，但是一些應(yīng)用可以適應(yīng)較大的尺寸。探針可以包括位于護(hù)套中或者位于成像探針中的敞開通道以插入其他手術(shù)器件以便于用液體沖洗部位、將光或其它能量源引導(dǎo)到治療部位上、或者移出組織樣本。護(hù)套組件可以包括延伸到護(hù)套輪軸組件上的連接器上的同心照明纖維陣列。作為替代的，該照明纖維可以耦合到探 針組件中的纖維連接器上，其是借助于從手柄延伸到光源殼體的光纜被直接耦合。所述的殼體可以包括視頻光盤記錄器，該記錄器將視頻寫入到光盤中。對(duì)于一些應(yīng)用來說，照明捆被布置在探針內(nèi)，這樣護(hù)套就會(huì)更加的細(xì)或者可以適應(yīng)更大的工作通道。當(dāng)前的系統(tǒng)，當(dāng)確定它們?cè)谥苯拥目梢暬闆r下處于正確的位置時(shí)，其具有四個(gè)用于整形外科手術(shù)應(yīng)用的優(yōu)選的應(yīng)用:診室內(nèi)診斷，外科手術(shù)的切除/程序，診室內(nèi)手術(shù)后評(píng)估，以及將藥物遞送給關(guān)節(jié)處的治療應(yīng)用。除了應(yīng)用在診室內(nèi)，該系統(tǒng)還可以應(yīng)用在手術(shù)室中，而不是標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡。通過減少對(duì)用于組織的膨脹的關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡沖洗液體或較大核心照相機(jī)的使用，關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡程序帶來的的疼痛感和膨脹如果沒有被消除也會(huì)實(shí)質(zhì)上被減少?；颊呖梢栽诘诙炀突氐焦ぷ鲘徫换蜻\(yùn)動(dòng)場(chǎng)。所述的系統(tǒng)用于對(duì)組織和結(jié)合移植程序的處理過程的術(shù)后評(píng)估，其通常不可能使用常規(guī)的MRJ技術(shù)。實(shí)施例包括:關(guān)節(jié)軟骨重新露面程序的評(píng)估、半月板修復(fù)、上唇修復(fù)、旋轉(zhuǎn)軸肌修補(bǔ)、關(guān)節(jié)表面的斷裂復(fù)位、韌帶重建和其他的應(yīng)用。系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)(或者其他的觀察系統(tǒng))、照相機(jī)、光源和在程序之間不需要再處理的可再使用手柄、無菌屏障和針對(duì)單個(gè)患者使用的且是一次性的透鏡部件。系統(tǒng)消除了對(duì)空間的需求、再處理設(shè)備的花費(fèi)、人力和時(shí)間敏感內(nèi)窺鏡再殺菌相關(guān)的花費(fèi)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，手柄、護(hù)套組件和控制系統(tǒng)是便攜式的，而且具有10磅或更少的總重量。


通過以下對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案的更加具體的描述，本發(fā)明前面所述的以及其他的目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加的明顯。在附圖中，相同的參考數(shù)字在各個(gè)圖中都指代相同的部件。附圖并不是嚴(yán)格按照比例繪制的，其重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的原理。附圖1示出根據(jù)本發(fā)明的微型內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的一個(gè)示意圖；附圖2是套管的橫截面圖；附圖3是在套管中套管針的橫截面圖；附圖4是微型內(nèi)窺鏡的透視圖；附圖5是具有在一次性護(hù)套上的套管的微型內(nèi)窺鏡的截面
附圖6A是一次性護(hù)套/照明單元的截面圖；附圖6B是一次性護(hù)套遠(yuǎn)端的放大的截面圖；附圖7A是沿著附圖6A中的線7A-7A剖開的一次性護(hù)套/照明單元近端的截面圖；附圖7B是沿著附圖6A和6B中的線7B-7B剖開的一次性護(hù)套遠(yuǎn)端的前視圖；附圖8是示出照明豬尾管的一次性護(hù)套/照明單元的側(cè)視圖；附圖9是微型內(nèi)窺鏡的成像單元的截面圖；附圖1OA是由在圖9中的IOA表示的部件所指出的成像單元遠(yuǎn)端放大視圖；附圖1OB是沿著附圖1OA的線10B-10B的成像單元遠(yuǎn)端的前視圖；附圖11是沿著附圖1OA的線11-11的成像單元的放大的局部截面圖的示意圖；附圖12是遠(yuǎn)端透鏡系統(tǒng)的放大視圖；附圖13是用于內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)端的不同透鏡系統(tǒng)的最大放射角度與標(biāo)準(zhǔn)成像高度的正弦曲線圖；附圖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；附圖15是內(nèi)窺鏡的另一個(gè)實(shí)施方案的截面圖；附圖16A是沿著附圖15的線16A-16A的內(nèi)窺鏡的截面圖；附圖16B是沿著附圖15的線16B-16B的內(nèi)窺鏡的截面圖；附圖16C是由附圖16B中的IOC所限定的部件所表示的成像單元的放大的截面圖；附圖16D-L示出本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案；附圖16M-P示出根據(jù)本發(fā)明的一次性部件的橫截面圖和端視圖；附圖17A是內(nèi)窺鏡的另一個(gè)實(shí)施方案的截面圖；附圖17B是沿著附圖17A的線17B-17B的內(nèi)窺鏡的截面圖；附圖18是兩部分一次性護(hù)套/照明單元的側(cè)視圖；附圖19是用于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的一個(gè)控制單元的示意圖；附圖20示出應(yīng)用本發(fā)明優(yōu)選的方法；附圖21示出根據(jù)本發(fā)明的便攜式內(nèi)窺鏡系統(tǒng)優(yōu)選的實(shí)施方案；附圖22A示出根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡的優(yōu)選的實(shí)施方案；附圖22B示出用于本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的控制系統(tǒng)；附圖23是護(hù)套的端視圖；附圖24A是優(yōu)選的內(nèi)窺鏡裝置的示意附圖24B是探針插入部分的橫截面圖；附圖24C-24I示出根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)優(yōu)選的實(shí)施方案；附圖25是內(nèi)窺鏡裝置另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖；附圖26示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的照明套管的橫截面視圖；附圖27示出附圖26的套管的橫截面視圖；附圖28示出使用根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的貼有標(biāo)簽的一次性裝備的方法。
具體實(shí)施例方式附圖1中所示出的實(shí)施方案示出了微型內(nèi)窺鏡20。該內(nèi)窺鏡20具有成像單元22和護(hù)套/照明單元24。內(nèi)窺鏡20具有圖像傳輸路徑，比如在用于觀察待被檢查的目標(biāo)的桿末端29的加長(zhǎng)管28中的多個(gè)光導(dǎo)纖維26，其在附圖11和12中在纖維146上被更好的示出來。光導(dǎo)纖維26被光學(xué)地耦合到手柄32中的成像裝置30上，比如在附圖9中所示出的電耦合裝置，或者其他的像素平板傳感器。護(hù)套/照明單元24的一次性護(hù)套34覆在含有光導(dǎo)纖維26的桿末端29的加長(zhǎng)管28上面。一次性護(hù)套34的近端具有底部35,該底部35帶有用于將護(hù)套固定在手柄32上的安裝機(jī)械裝置36。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具有多個(gè)光導(dǎo)纖維，其用于將光傳送到一次性護(hù)套34的遠(yuǎn)端和遠(yuǎn)端探針29。一次性護(hù)套/照明單元24的遠(yuǎn)端具有連接到光源40上的連接器38。手柄32可以容納功率輸入端41，該功率輸入端41用于向內(nèi)窺鏡20提供功率?？梢砸庾R(shí)到的是，光源40和/或電源可以被安裝在手柄32內(nèi)。手柄32也可以容納圖像輸出端42。圖像輸出端42提供內(nèi)窺鏡20的成像單元22中的成像裝置與電子存儲(chǔ)器和/或顯示裝置之間的連接。在一個(gè)實(shí)施方案中，存儲(chǔ)裝置是被連接到監(jiān)控器46上的計(jì)算機(jī)44?？刂茊卧?50在附圖19中將進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。如在接下來更加詳細(xì)的描述中所述的，成像單元22不需要消毒，這是因?yàn)槌上駟卧?2并不需要接觸到身體，或者直接暴露給身體。護(hù)套/照明單元24具有一次性護(hù)套34，該一次性護(hù)套34是套式組件52，這種套式組件52由被固定到成像單元22上的底部35來承載，而且其覆在加長(zhǎng)管28上以生成已消毒的屏障。另外，護(hù)套/照明單元24具有已消毒的簾子52，其被安裝在護(hù)套/照明單元24的底部35上，而且該簾子52被布置覆在成像單元22的剩余部分上以提供一個(gè)無菌環(huán)境。內(nèi)窺鏡以及具有一次性護(hù)套的內(nèi)窺鏡在申請(qǐng)于2000年9月13日的PCT申請(qǐng)PCT/US00/25107中和申請(qǐng)于2000年3月6日的美國專利申請(qǐng)09/518，954中被描述。上述申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容作為整體在此被并入本文作為參考。在進(jìn)一步詳細(xì)討論內(nèi)窺鏡20之前，為了使用這個(gè)內(nèi)窺鏡20，需要將內(nèi)窺鏡20布置在身體中以查看所期望的位置。一種這樣的方法是將套管60插入到身體中并使內(nèi)窺鏡20穿過套管60。一種將套管60插入到身體中以及通過使用套管60而將內(nèi)窺鏡20插入到身體中的方法將在下面描述。

在插入過程中，套管60，如附圖2中所示，首先被插入到身體內(nèi)的一個(gè)部位中。所述的套管60具有底部62和管64。管64具有從遠(yuǎn)端68延伸到底部62中的空間70中的軸66。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述的管64由諸如塑料或薄壁不銹鋼的柔性材料制成。套管60具有路厄(Iuer) 72用于藥物或液體的插入或者用于附著到抽氣裝置上。
為了將套管60插入到身體中，如圖3所示,套管針76通過容納在套管60的軸66內(nèi)的套管針76的鋼性軸78被插入到套管60中。套管針76的鋼性軸78稍微伸出套管60的管64的遠(yuǎn)端，并且其具有探針80以當(dāng)必要時(shí)在手術(shù)部位上切割組織。一旦套管60被定位在手術(shù)部位上，套管針76就從套管60中被移走，并且內(nèi)窺鏡20被安裝。通過使用者的手感觸位置來定位套管60。雖然套管60和套管針76相對(duì)最小化了成本且可以在使用之后在殺菌或處理之后能夠再次使用，但由于在內(nèi)窺鏡20中有很多的部件，比如在成像裝置22中的各種部件，因此還不能指望能夠處理整個(gè)內(nèi)窺鏡20。內(nèi)窺鏡20使用一次性套管或護(hù)套34來幫助維持無菌環(huán)境并且減少或消除在再次使用之前的對(duì)殺菌的需求。以上描述了將內(nèi)窺鏡20插入到套管60中以使內(nèi)窺鏡20的遠(yuǎn)端處在合適的位置上的方法，接下來將進(jìn)一步詳細(xì)描述內(nèi)窺鏡20。參考附圖4，該附圖示出內(nèi)窺鏡20的立體圖。內(nèi)窺鏡20具有可再次使用的成像單元22和一次性的護(hù)套/照明單元24。一次性護(hù)套/照明單元24具有用于覆蓋和圍繞成像單元22的加長(zhǎng)管28的加長(zhǎng)管。護(hù)套/照明單元24的加長(zhǎng)管具有密封的遠(yuǎn)端84，而且有幾個(gè)實(shí)施方案包括光纖用以將照明從外部光源40，如在附圖1中所示的，傳送到遠(yuǎn)端84。在護(hù)套/照明單元24的近端處是具有安裝機(jī)械裝置36的底部35，所述的安裝機(jī)械裝置用于固定內(nèi)窺鏡20的成像單元22。光學(xué)豬尾管88從底部35伸出來以連接光源40。另外，護(hù)套/照明單元24具有簾子52，其被安裝在底部35上，并延伸越過成像單元22的手柄32。成像單元22的手柄32含有光學(xué)裝置和成像裝置32以接收通過位于成像單元22的加長(zhǎng)管28中的光導(dǎo)纖維26所傳遞過來的圖像，這將在下面接合附圖9-11中進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。附圖5是微型內(nèi)窺鏡20的截面圖，該微型內(nèi)窺鏡20包括具有成像光導(dǎo)纖維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。如圖所示，套管60覆蓋護(hù)套/照明單元24的一次性護(hù)套34上，所述的護(hù)套/照明單元24覆蓋了成像單元22的探測(cè)器29。如在附圖5中所示，內(nèi)窺鏡20的可再次使用的成像單元22被一次性無菌護(hù)套/照明單元24所圍繞。所述的一 次性護(hù)套/照明單元24具有一次性護(hù)套34，該護(hù)套34在遠(yuǎn)端84處被密封并且圍繞和包圍了承載成像單元22的光導(dǎo)纖維26的加長(zhǎng)管28。在護(hù)套/照明單元24的底部35上的安裝機(jī)械裝置36被固定到成像單元22的安裝機(jī)械裝置92上。一次性護(hù)套/照明單元24具有圍繞成像單元22的手柄的簾子52。另外，護(hù)套/照明單元24具有連接到如附圖1中所示的光源40上的照明豬尾管。照明豬尾管88被光學(xué)耦合到護(hù)套中的光導(dǎo)纖維上，這將在接下來進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。參考附圖6A，其示出了護(hù)套/照明單元24的側(cè)視圖。護(hù)套單元24具有一次性護(hù)套34，該護(hù)套34具有加長(zhǎng)的外部護(hù)套98，其從底部35處延伸到遠(yuǎn)端84。照明豬尾管88從底部延伸出來，并被光學(xué)耦合到護(hù)套34內(nèi)的照明纖維上，如在附圖7中所示。簾子52由護(hù)套/照明單元24的底部35所承載用以在兩個(gè)單元22和24合并時(shí)覆蓋成像單元22的手柄35。附圖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具有外部護(hù)套98，該外部護(hù)套98從在附圖6A中所示的底部35內(nèi)延伸出來并且作為護(hù)套單元24的防護(hù)罩和無菌屏障。與外部護(hù)套98隔開的且同心的是一次性護(hù)套34的內(nèi)部管100。該內(nèi)部管100在間隔102中限定了一個(gè)圓柱空間，其用于接收成像單元22的探測(cè)器29的加長(zhǎng)管28。內(nèi)部管100同樣從一次性護(hù)套34的遠(yuǎn)端84到護(hù)套/照明單元22的底部35。內(nèi)部管100比外部護(hù)套98要進(jìn)一步延伸出來，用以產(chǎn)生通道106來接收眾多的照明纖維108，如在附圖6A和7A中所示出的。在內(nèi)部管100的遠(yuǎn)端處被布置一個(gè)窗口 110，該窗口被固定到內(nèi)部管100上以使無菌屏障84位于用于接收成像單元22的加長(zhǎng)管28的空間102和與身體接觸的護(hù)套/照明單元24的外部部分之間。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的外部護(hù)套98是由不銹鋼材料制成的，并且其具有大約0.038英寸的外部直徑。內(nèi)部管100同樣由不銹鋼材料制成。照明纖維108是由玻璃或塑料纖維制成。根據(jù)裝置的尺寸，最大數(shù)量的照明纖維108被用來填充通道106。在一個(gè)實(shí)施例中，一次性護(hù)套34從護(hù)套/照明單元24中延伸2.246英寸。 置于外部護(hù)套98和內(nèi)部管之間的是圍繞內(nèi)部管100的眾多照明纖維108，如在附圖7A和7B中所示的。附圖7A是一次性護(hù)套24貫穿底部35的截面圖。外部護(hù)套98被顯示在附圖7A的下半部分中，并且其終止于附圖7A的上半部分中切斷部分之前。然而，限定了空間102用以接收成像單元22的加長(zhǎng)管28的內(nèi)部管100延伸到接收艙室114中，如在附圖6A中所示，因此該內(nèi)部管100出現(xiàn)在附圖7A的上半部分和下半部分兩者中。來自照明豬尾管88的光通過纖維108，如附圖6A所示，被傳遞到在附圖7A上半部分出現(xiàn)的照明單元118中，其鄰接于位于外部護(hù)套98和護(hù)套/照明單元24的一次性護(hù)套34的內(nèi)部管100之間的照明纖維108。附圖7B示出一次性護(hù)套/照明單元24的遠(yuǎn)端84。窗口 110覆蓋并且密封空間102，所述的空間102接收成像單元22并且被內(nèi)部管100所圍繞。置于外部護(hù)套98和內(nèi)部管100之間的是眾多照明纖維108。在一個(gè)所示出的實(shí)施方案中，照明纖維108的遠(yuǎn)端沒有得到保護(hù)，而是被暴露給身體。附圖8類似于附圖6A，其也示出了一次性護(hù)套/照明單元24。另外，附圖8示出了整個(gè)照明豬尾管，這個(gè)照明豬尾管在附圖6A中是被折斷的。照明豬尾管88具有連接裝置38用于連接到光源40上的連接器上。照明豬尾管88具有眾多個(gè)光導(dǎo)纖維，這些光導(dǎo)纖維從連接裝置38 —直到纖維108，所述的纖維108將從光源接收到的光傳遞到附圖7A中所示的照明單元118中，并在84處排出。參考附圖9,其示出內(nèi)窺鏡20的成像單元的截面圖。成像單元22具有探針29,該探針具有從手柄32延伸出來的加長(zhǎng)管28。在手柄32的近端處是成像裝置。在這個(gè)實(shí)施方案中，將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電圖像的電耦合裝置(CCD) 30B被承載在手柄32的可拆卸殼體120A中。置于在加長(zhǎng)管28中延伸的光導(dǎo)纖維或纖維26和(XD30B之間的是眾多透鏡122A，這些透鏡用于捕獲光導(dǎo)纖維或纖維26的近端124的圖像給(XD30B。玻璃窗口 122B被附著在殼體120B上并為周圍提供密封。它也防止透鏡遭到污染。成像單元22將來自光導(dǎo)纖維26的圖像進(jìn)行放大并將其耦合到電耦合裝置30B上。如前面所描述的，電耦合裝置被連接到電存儲(chǔ)器和/或顯示裝置上，比如被連接到監(jiān)控器46上的計(jì)算機(jī)44，如圖1中所示。成像單元22的手柄32具有與護(hù)套/照明單元24的安裝機(jī)械裝置36耦合的安裝機(jī)械裝置128。安裝機(jī)械裝置128具有用于接收位于安裝機(jī)械裝置36上的管腳的狹縫130。另外，安裝機(jī)械裝置128具有突出物134，該突出物134從探針29中突出出來，并被護(hù)套/照明單元24的接收艙室114所接收，如附圖6A中所示。成像單元22的遠(yuǎn)端的放大圖在附圖1OA中被示出。成像單元22的桿末端29具有加長(zhǎng)管28，該加長(zhǎng)管28從遠(yuǎn)端126延伸到手柄32的殼體120。在桿末端29的遠(yuǎn)端126還有一個(gè)管138，所述的管138從遠(yuǎn)端126延伸出微小的一段距離，并延伸超過光導(dǎo)或圖像纖維26的末端微小的一段距離。所述的管138 —般是指較長(zhǎng)的管，因?yàn)榕c較長(zhǎng)的管138同心的更短且更小直徑的管140被接收在長(zhǎng)管138中，并且延伸遠(yuǎn)端126上的透鏡系統(tǒng)。加長(zhǎng)的或外部的管128、長(zhǎng)管138和小管140被這樣安裝，以至于他們的遠(yuǎn)端是齊平的并且被粘合劑所固定，比如醫(yī)用環(huán)氧樹脂。在成像單元22的加長(zhǎng)管28的遠(yuǎn)端處是透鏡系統(tǒng)142，其將在接下來進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。成像單元22的加長(zhǎng)管28被容納在一次性護(hù)套/照明單元24內(nèi)，并因此不需要在第一次使用之前進(jìn)行消毒。附圖1OB是成像單元22的遠(yuǎn)端126的端視圖。透鏡系統(tǒng)142、小管140、長(zhǎng)管138和外部的或加長(zhǎng)管28都在圖中被示出，并且它們都是同心的。參考附圖11，其示出內(nèi)窺鏡20的成像單元22的截面圖。成像單元22的探針29具有眾多的纖維146以將來自桿末端29的遠(yuǎn)端126的圖像傳遞給手柄32。在桿末端29的遠(yuǎn)端處圍繞纖維146的是長(zhǎng)管138，其用于將圖像纖維26的纖維146支持在適當(dāng)位置上。外部或加長(zhǎng)管28圍繞長(zhǎng)管138并從桿末端29的遠(yuǎn)端126附近的開始端到手柄32內(nèi)的另一端保護(hù)圖像纖維26的纖維146。典型的通常有上千個(gè)纖維146，如附圖11中所示，它們都是熔合在一起的。將圖像裝載到它們之中是由遠(yuǎn)端透鏡系統(tǒng)142來完成的，該透鏡系統(tǒng)142如接下來所述將以與圖像纖維束26的位置相關(guān)的關(guān)系安排圖像的光的水平。另外，纖維以紊亂捆扎的方法被排列。當(dāng)圖像纖維束26從成像單元22的遠(yuǎn)端126的附近朝向手柄內(nèi)32的纖維的近端延伸的時(shí)候，這種紊亂捆扎的方法限制了圖像/光從一個(gè)透鏡142到另一個(gè)的傳送。纖維的紊亂捆扎是通過改變纖維的摻雜來實(shí)現(xiàn)的，其是將來檢查的目標(biāo)區(qū)域。參考附圖12，其示出在護(hù)套/照明單元24的一次性護(hù)套34內(nèi)的成像單元22的桿末端29的遠(yuǎn)端的截面圖。一次性護(hù)套34具有與內(nèi)部管100同心的外部護(hù)套98。置于外部護(hù)套98和內(nèi)部管100之間的是眾多照明纖維108，其將在示出照明的附圖7B中得到最佳的展示。在一次性護(hù)套的遠(yuǎn)端處是窗口，該窗口被固定，比如通過膠接，以生成與容納成像單元22的桿末端29的空氣空間或內(nèi)部管道102的邊界。成像單元22具有加長(zhǎng)的或外部管28，其從遠(yuǎn)端126延伸到手柄32中，如附圖9中所示。位于桿末端29的遠(yuǎn)端126處的是兩個(gè)附加的管或套管，較短的內(nèi)部套管(其指的是小管140),它們保持和支持遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)142的透鏡元件。一個(gè)較大較長(zhǎng)的套管(指的是長(zhǎng)管138)圍繞著管140和圖像纖維26的纖維146的起始端。如在附圖12中所示，遠(yuǎn)端透鏡系統(tǒng)142是具有一對(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每一個(gè)都具有面對(duì)彼此的凸起表面156。接近遠(yuǎn)端126的第二透鏡152具有臨近光學(xué)孔徑光闌154的平坦表面158。所述的孔徑光闌154和透鏡150和152被如此設(shè)計(jì)以至于最大放射角的正弦接近于N.A(數(shù)值孔徑)處的纖維。

附圖12中的射線追蹤160示出離開頁面的圖像以合適的焦距向右側(cè)的投射以及這個(gè)圖像是如何被傳遞經(jīng)過孔徑光闌154并經(jīng)過透鏡152和150到達(dá)圖像纖維26中的眾多纖維146。
參考附圖13，其示出用于包括現(xiàn)有技術(shù)的透鏡系統(tǒng)的三個(gè)不同透鏡系統(tǒng)的最大放射角的正弦與標(biāo)準(zhǔn)圖像高度的曲線圖。如下面將要討論的，視野取決于透鏡的配置。附圖13中的曲線圖示出的一條線是50度透鏡系統(tǒng)的放射角度的最大正弦值，第二條線是70度透鏡系統(tǒng)的放射角度的最大正弦值。在70度的系統(tǒng)中，最大正弦值是0.32。因此，纖維的N.A.(數(shù)值孔徑)近似于相同。相反，50度視野系統(tǒng)具有近似于0.25的最大放射角度正弦值。因此，纖維具有這樣的數(shù)值孔徑。舉例來說，系統(tǒng)在30-80度中的任意所選擇的水平上都可以提供視野。在一個(gè)實(shí)施方案中，內(nèi)窺鏡20具有10，000纖維元素。在這個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)纖維元素146都具有4.4微米的直徑。纖維26的整個(gè)直徑是0.46。成像單元的加長(zhǎng)或外部管28是由不銹鋼制成的?？梢岳斫獾氖牵秶梢孕纬捎诤芏嗟某叽?，下面的表僅僅是各種干涉尺寸范圍的示例:

權(quán)利要求
1.一種纖維光學(xué)內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其用于對(duì)哺乳動(dòng)物身體內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行照明，其包括: 內(nèi)窺鏡手柄； 管狀護(hù)套，其具有直徑少于3mm的外部管狀表面和位于該管狀護(hù)套內(nèi)的排列成多個(gè)同心行的照明光導(dǎo)纖維的同心陣列，所述的光導(dǎo)纖維具有在管狀護(hù)套內(nèi)至少80%的填充因子; 在所述管狀護(hù)套的遠(yuǎn)端處密封的光學(xué)透明元件；以及 在管狀護(hù)套近端處的連接器組件，其用于與所述內(nèi)窺鏡手柄連接，所述的連接器組件包括與照明光導(dǎo)纖維的近端處連接的光耦合器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括在所述的內(nèi)窺鏡手柄內(nèi)部的成像裝置，該成像裝置與具有透鏡的纖維光學(xué)成像通道光耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述的內(nèi)窺鏡手柄進(jìn)一步包括光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述的內(nèi)窺鏡手柄包括電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述的內(nèi)窺鏡手柄包括光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述的光源包括發(fā)光二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述的內(nèi)窺鏡手柄進(jìn)一步包括連接到功率調(diào)節(jié)電路的處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述的連接器組件進(jìn)一步包括套管連接器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括位于外部管內(nèi)的內(nèi)部管，該外部管具有少于2mm的直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)透明元件包括具有少于Imm厚度的窗□。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中連接器組件進(jìn)一步包括按扣。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括附著到柔軟隔膜上的無菌屏障，其中柔軟隔膜被附著到位于所述管狀護(hù)套近端的護(hù)套殼體元件上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中外部管進(jìn)一步包括外部金屬管，該外部金屬管包圍內(nèi)部金屬管，所述照明光導(dǎo)纖維在外部金屬管和內(nèi)部金屬管之間延伸以限定同心照明區(qū)域，以至于光學(xué)透明元件限定了光收集區(qū)域，其中同心照明區(qū)域與光收集區(qū)域的比例在0.5到1.0的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述管狀護(hù)套包括剛性管，所述剛性管具有在該剛性管近端處有圓形開口的圓柱形空腔，并且該剛性管具有5cm-10cm之間的長(zhǎng)度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述照明光導(dǎo)纖維包括至少500個(gè)光導(dǎo)纖維的陣列，該陣列被置于所述外部管和位于該外部管內(nèi)部的內(nèi)部管之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述照明光導(dǎo)纖維具有至少90%的填充因子。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中內(nèi)部管具有0.6-1.8mm范圍內(nèi)的直徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中照明光導(dǎo)纖維的陣列具有500-2000個(gè)光導(dǎo)纖維。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中光導(dǎo)纖維與在管狀護(hù)套遠(yuǎn)端處的粘合劑被附著在一起并具有磨光的遠(yuǎn)端表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述管狀護(hù)套的長(zhǎng)度在50mm和2500mm之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括將藥物或成像染料遞送到身體內(nèi)腔或空腔中的目標(biāo)區(qū)域。
22.—種纖維光學(xué)內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其用于對(duì)哺乳動(dòng)物身體內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行照明，其包括: 內(nèi)窺鏡手柄及與纖維光學(xué)成像管光耦合的成像裝置； 管狀護(hù)套，其具有少于3mm直徑的外部表面以及內(nèi)部管； 以多個(gè)同心行而排列的并在外部管和內(nèi)部管之間延伸的照明光導(dǎo)纖維陣列，該光導(dǎo)纖維陣列限定了在一次性纖維光學(xué)護(hù)套的遠(yuǎn)端處的同心照明表面，所述的照明光導(dǎo)纖維陣列具有至少80%的填充因子； 在管狀護(hù)套的遠(yuǎn)端處密封的光學(xué)透明元件，以提供在管狀護(hù)套近端具有開口的管狀空腔，所述的光學(xué)透明元件限定了光收集區(qū)域；以及 安裝在管狀護(hù)套的近端處的輪軸組件，該輪軸組件包括用于將該輪軸組件連接到內(nèi)窺鏡手柄上的手柄連接器和被光學(xué)耦合到照明光導(dǎo)纖維陣列的近端上的光耦合器。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中光耦合器從輪軸組件的近側(cè)延伸出來并且包括發(fā)光二極管(LED)稱合器。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中照明光導(dǎo)纖維陣列進(jìn)一步包括在所述管狀護(hù)套近端處的光導(dǎo)纖維捆，其中所述的光導(dǎo)纖維捆被附著到光耦合器上。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中手柄連接器包括流體密封。
26.根據(jù)權(quán)利 要求25所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括在光耦合器上的第一密封件和第二密封件。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述的流體密封包括O型環(huán)凹槽。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中管狀護(hù)套具有5cm到20cm之間的長(zhǎng)度。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中管狀護(hù)套包括在管狀護(hù)套近端處具有圓形開口的剛性管以接收?qǐng)D像收集管。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中內(nèi)部管具有至少1.0mm的直徑，外部管具有2mm或更少的直徑。
31.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中照明光導(dǎo)纖維陣列具有至少85%的填充因子。
32.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)光導(dǎo)纖維具有30微米到50微米范圍內(nèi)的直徑。
全文摘要
提供一種可用車運(yùn)送的或者人可攜帶的系統(tǒng)以及執(zhí)行內(nèi)窺鏡程序的方法。一種便攜式顯示裝置，比如膝上型計(jì)算機(jī)，被耦合到包括微型照相機(jī)和纖維光學(xué)照明子系統(tǒng)的手柄上。一種無菌一次性部分裝備在照明子系統(tǒng)上并被插入到患者的目標(biāo)區(qū)域中。在內(nèi)窺鏡程序執(zhí)行時(shí)，目標(biāo)區(qū)域的圖像從照相機(jī)被傳送到顯示裝置，因此便于在程序執(zhí)行過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷。
文檔編號(hào)A61B1/07GK103142200SQ20131003106
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月30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