內(nèi)窺鏡小成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及成像，并且具體地涉及使用具有小外徑的內(nèi)窺鏡的成像。
【背景技術(shù)】
[0002]Minami等人的美國專利8, 179, 428 (其公開通過參考結(jié)合于此）描述了一種用于 電子內(nèi)窺鏡的成像裝置，該成像裝置使用CCD(電荷耦合器件）的"裸芯片"和具有與裸芯 片大致相同厚度的電路板。
[0003]Adler的美國專利6, 659, 940 (其公開通過參考結(jié)合于此）描述了一種尺寸受限的 內(nèi)窺鏡。該內(nèi)窺鏡具有適于適配在受限尺寸內(nèi)的圖像"收集器"、圖像失真器、以及圖像傳感 器。
[0004]Borelli等人的美國專利4,684,222(其公開通過參考結(jié)合于此）描述了一種用于 生產(chǎn)可以被形成為畸變的小透鏡的方法。
[0005] 除了在一定程度上任何術(shù)語都以與在本說明書中明確或者隱含地作出的定義沖 突的方式在這些結(jié)合的文獻(xiàn)中被定義之外，通過參考結(jié)合在本專利申請中的文獻(xiàn)將被認(rèn)為 是本申請的整體部分，僅應(yīng)該考慮在本說明書中的定義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種內(nèi)窺鏡相機(jī)，該內(nèi)窺鏡相機(jī)包括：
[0007] 圓柱形外殼，該圓柱形外殼具有外殼直徑；
[0008] 成像陣列，該成像陣列被安裝在外殼內(nèi)，使得成像陣列的平面平行于外殼直徑；
[0009] 直角透明棱鏡，該直角透明棱鏡具有矩形入射面、出射面、以及斜邊，斜邊被配置 成將來自入射面的輻射反射到出射面，入射面具有比第二邊緣長的第一邊緣，棱鏡被安裝 在外殼內(nèi)，使得第一邊緣平行于外殼直徑，并且使得出射面與成像陣列的平面配合（mate); 以及
[0010] 光學(xué)器件，所述光學(xué)器件被配置成接收來自對象的入射輻射，所述光學(xué)器件被安 裝為經(jīng)由所述棱鏡的入射面和出射面將入射輻射發(fā)送到所述成像陣列。
[0011] 在所公開的實(shí)施方式中，所述光學(xué)器件包括梯度折射率（GRIN)光學(xué)器件。
[0012] 通常，所述光學(xué)器件具有圓形橫截面。
[0013] 在又一所公開的實(shí)施方式中，所述成像陣列是具有等于第一邊緣和第二邊緣的邊 的矩形。
[0014] 通常，所述光學(xué)器件聚焦入射輻射，以具有第一放大率和與第一放大率正交并且 與第一放大率不同的第二放大率。第一放大率與第二放大率的光學(xué)器件比率可以響應(yīng)于第 一邊緣與第二邊緣的棱鏡比率。另選地或者另外地，第一放大率與第二放大率的比率可以 響應(yīng)于由相機(jī)成像的對象的縱橫比。
[0015] 在還有的又一所公開的實(shí)施方式中，光學(xué)器件將失真引入到由成像陣列獲取的對 象的圖像中，以在成像陣列上產(chǎn)生失真的圖像，并且該相機(jī)包括處理器，處理器將不失真因 數(shù)應(yīng)用至失真的圖像，以產(chǎn)生對象的不失真圖像。通常，所述失真包括光學(xué)失真，并且處理 器被配置成將不失真因數(shù)應(yīng)用為數(shù)值因數(shù)。
[0016] 在另選實(shí)施方式中，直角透明棱鏡包括等腰棱鏡。
[0017] 在還有的另選實(shí)施方式中，成像陣列被安裝為使得圓柱形外殼的軸平行于成像陣 列的平面。
[0018] 在還有的又一另選實(shí)施方式中，成像陣列是具有等于第一邊緣的邊的正方形。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，還提供一種用于形成內(nèi)窺鏡相機(jī)的方法，該方法包括以 下步驟：
[0020] 設(shè)置具有外殼直徑的圓柱形外殼；
[0021] 將成像陣列安裝在外殼內(nèi)，使得成像陣列的平面平行于外殼直徑；
[0022] 將直角透明棱鏡安裝在外殼內(nèi)，棱鏡具有矩形入射面、出射面、以及斜邊，斜邊被 配置成將來自入射面的輻射反射到出射面，入射面具有比第二邊緣長的第一邊緣，棱鏡被 安裝在外殼內(nèi)，使得第一邊緣平行于外殼直徑，并且使得出射面與成像陣列的平面配合。
[0023] 配置光學(xué)器件，以接收來自對象的入射輻射；以及
[0024] 安裝光學(xué)器件，以經(jīng)由棱鏡的入射面和出射面將入射輻射發(fā)送到成像陣列。
[0025] 將從結(jié)合附圖的實(shí)施方式的以下詳細(xì)描述更完整地理解本發(fā)明，其中：
【附圖說明】
[0026]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)的示意圖；
[0027]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的成像系統(tǒng)的相機(jī)的示意性透視圖；
[0028] 圖2B和圖2C是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的相機(jī)的示意性截面圖；
[0029] 圖2D是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的相機(jī)的元件的示意性透視圖；
[0030] 圖2E是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的相機(jī)的元件的示意性頂視圖；
[0031] 圖3A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的另選相機(jī)的示意圖，并且圖3B是另選相機(jī)的元 件的示意性頂視圖；
[0032]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的圖2A至圖2E的相機(jī)的光學(xué)器件的操作的示意性 概念圖；以及
[0033]圖5是描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的成像系統(tǒng)的操作中的步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 概述
[0035] 在外科手術(shù)中使用的內(nèi)窺鏡優(yōu)選具有小尺寸。特別是對于微創(chuàng)手術(shù)，外窺鏡的尺 寸（諸如，直徑）越小，對正在經(jīng)受外科手術(shù)的病人的損傷就越少。在不伴隨內(nèi)窺鏡的操作 效率降低的情況下使得能夠減小內(nèi)窺鏡的直徑的系統(tǒng)是有利的。
[0036] 本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種具有極小尺寸的內(nèi)窺鏡相機(jī)。該相機(jī)可以被結(jié)合到通 常為管子的一部分的圓柱形外殼（enclosure)中，該管子被配置成在外科手術(shù)期間穿過病 人的腔管。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，外殼直徑可以是約1_。
[0037] 該相機(jī)包括成像陣列，成像陣列被安裝在外殼內(nèi)，使得陣列的平面平行于外殼直 徑。通常，該陣列還被安裝為使得平面平行于外殼的軸。
[0038] 該相機(jī)還包括直角透明棱鏡，該直角透明棱鏡具有矩形入射面、出射面、以及斜 邊，斜邊被配置成將來自入射面的輻射反射到出射面。通常，棱鏡是具有一致的入射面和出 射面的等腰棱鏡。入射面的第一邊緣比第二邊緣長。棱鏡被安裝在外殼內(nèi)，使得第一邊緣 平行于外殼直徑，并且使得棱鏡的出射面與成像陣列的平面配合；通常，使用光膠將棱鏡安 裝到陣列。
[0039] 該相機(jī)還包括光學(xué)器件，光學(xué)器件通常被安裝為與棱鏡的入射面配合。光學(xué)器件 接收來自將由相機(jī)成像的對象的入射輻射，并且入射輻射穿過棱鏡入射面，從棱鏡的斜邊 反射，然后穿過出射面到成像陣列。
[0040] 該光學(xué)器件通常是畸變光學(xué)器件，在正交方向上具有不同放大率。選擇不同放大 率使得具有預(yù)定縱橫比（諸如，4:3的"標(biāo)準(zhǔn)"縱橫比）的對象的圖像完全填充棱鏡的出射 面。（除了出射面的縱橫比與對象的縱橫比相同的情況之外，出射面的完全填充要求不同的 放大率。）
[0041] 因此，畸變光學(xué)器件使形成在陣列上的圖像失真。相機(jī)通常包括連接到陣列的電 路，該電路以像素值的失真幀或者集合的形式從陣列接收圖像。該電路可以被配置成將"不 失真"數(shù)值因數(shù)應(yīng)用至失真幀，以生成像素的不失真幀。可以使用像素的不失真幀來顯示對 象的不失真圖像，即，所顯示的圖像具有與對象縱橫比相同的縱橫比。
[0042] 安裝到成像陣列上的具有不相等邊緣的面的直角棱鏡的組合使得能夠?qū)崿F(xiàn)具有 毫米尺寸的內(nèi)窺鏡相機(jī)。
[0043] 詳細(xì)說明
[0044] 現(xiàn)在對圖1作出參考，圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)10的示意 圖。系統(tǒng)10可以在侵入性醫(yī)療過程（通常為微創(chuàng)過程）中在病人的體腔12上使用，以對 體腔的一部分或所有成像。通過舉例，在本說明書中，假設(shè)體腔是病人的膀胱，并且體腔12 在此還被稱為膀胱12。然而，將理解，該系統(tǒng)10可以被用于對基本上任何人類體腔（諸如， 胃腸器官、支氣管、或者胸部）或者非人類的腔成像。
[0045] 該系統(tǒng)10包括成像裝置14,成像裝置14使得能夠?qū)?nèi)窺鏡16傳送到膀胱12。 裝置14通常為管子的形式，管子能夠穿過病人身體的內(nèi)腔，使得裝置14在此還可以被稱為 管子146。內(nèi)窺鏡16由具有與存儲器22通信的處理器20的內(nèi)窺鏡模塊18控制。裝置14 在其近端26連接至把手28,把手28使得系統(tǒng)10的操作者（在此假設(shè)為醫(yī)生）將裝置插入 到膀胱中，以及操作內(nèi)窺鏡以獲得膀胱的圖像。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，除了使用把手 28手動操作內(nèi)窺鏡16之外，諸如通過掃描自動地操作內(nèi)窺鏡，以獲取其圖像。
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