CN106999018A - 成像装置及相关方法 - Google Patents

Abstract

根据本公开的某些方面，成像医疗装置可包括具有近端和远端的细长元件，其中远端具有成像组件，该成像组件配置成传送模拟成像信号。组件还可包括近侧元件，其具有远端，且远端连接至细长元件的近端。近端可配置成接收基于模拟信号的衰减模拟成像信号并传送基于衰减模拟成像信号的放大模拟成像信号。由成像组件传送的模拟成像信号可在传送至近侧元件的过程中衰减变成衰减模拟成像信号。组件还可包括信号处理器，其与近侧元件电子通信并配置成接收和处理放大模拟成像信号，并生成基于放大模拟信号的数字信号。

Description

成像装置及相关方法

相关申请的交叉引用

本申请主张对2014年12月19日提交的第62/094,733号美国临时申请的权益，该申请的公开通过引用以其整体并入在此。

技术领域

本公开的多个方面大体涉及医疗系统和装置。具体地，示例性实施例涉及增强可视化的内窥镜医疗装置。本公开的实施例还涵盖上述系统和装置的制备和使用方法。

背景技术

医疗装置通常被插入人体以在患者体内执行治疗或诊断程序。上述装置的一个示范例是内窥镜，内窥镜是导入人体被用于诊断或治疗目的的柔性器械。通常而言，内窥镜装置通过开口(天然开口或切口)插入人体，并通过人体通道(如，食道)被输送至体内的作业部位。内窥镜中含有的成像装置允许外科医生从体外看到作业部位并远程操作内窥镜以在作业部位执行所需的诊断/治疗程序。现在使用的内窥镜有很多种，且本公开的实施例可用在这些不同种类的内窥镜或其他医疗装置的任何一种上。总之，本公开的实施例可用在可插入人体的任何种类的医疗装置上，且允许外科医生从体外观察体内的区域。但是，为简洁起见，本公开的新颖性方面将参照内窥镜予以说明。

在典型的应用中，内窥镜的远端可通过人体的开口插入人体。该开口可以是自然解剖学开口，如口、直肠、阴道等，或在人体上作出的切口。内窥镜可被推进人体中，使得内窥镜的远端通过穿越人体通道从插入点推进至人体内感兴趣的部位(作业部位)。内窥镜可包括一个或多个腔，其从内窥镜的近端纵向延伸至远端。这些腔可将各种诊断/治疗装置从体外输送至作业部位以帮助在作业部位进行预期的程序。

其中，这些腔可包括成像腔，成像腔可包括捕捉作业部位图像并将图像输送至体外以供观察的成像组件。内窥镜可视化被用于诊断和/或治疗胃、肺和泌尿道中的多种症状。内窥镜不仅需要行进至目标部位，还需要提供用于诊断和/或治疗的足够的可视性。足够的可视性要求充分的图像质量以在观察下呈现解剖细节。

内窥镜可使用多种信令方案和传输线以将内窥镜远侧末梢的图像数据传送至内窥镜近端部处或其附近的信号处理器。由内窥镜远端的成像组件产生的模拟图像信号被转换成数字信号。某些内窥镜在内窥镜的远侧末梢执行前述数字转换。在内窥镜的远侧末梢将模拟信号转换成数字信号的一个优点在于，噪声消除数字信号可沿内窥镜的长度传递而很少甚至不减损图像数据，因此，潜在地避免了沿内窥镜的长度传输的过程中的模拟信号的衰减。但是，在远侧末梢的模拟-数字转换的方法可增加对装置的大小要求，且还可增加内窥镜的成本。此外，对于设计用于小直径解剖结构的内窥镜而言，需要用以适配数字化组件的加大的远端可能不可行。在此情况下，模拟信号可传输至数字化可发生的最近的位置。很多时候，这意味着模拟信号从内窥镜的远侧末梢传送至信号处理器。

对于长的传输线(如，在长内窥镜内的)而言，模拟信号在内窥镜的长度中传递时容易受到衰减和噪声影响。如果内窥镜的长度不能缩短，成像组件可设计成驱动较大负载(如，较强信号)以减少衰减作用。但是，驱动较大负载可导致较大的成像器，其可不适于用在小直径解剖结构内的内窥镜。

发明内容

本公开的方面涉及医疗装置(以及其他装置)及身体部位成像的方法。

根据本公开的方面，成像医疗装置可包括细长元件，其包括近端和远端，远端具有配置成传输模拟成像信号的成像组件。该装置还可包括近侧元件，其具有远端，该远端连接至细长元件近端且配置成接收基于模拟信号的衰减模拟成像信号并传输基于衰减的模拟成像信号的放大模拟成像信号。由成像组件传输的模拟成像信号可在传输至近侧元件的过程中衰减变成衰减模拟信号。该装置可包括信号处理器，其与近侧元件电子通信且配置成接收和处理放大的模拟成像信号并基于放大的模拟信号生成数字信号。

除此之外或作为其替代，装置可包括一个或多个以下特征。与信号处理器数字/电子通信的显示器。该显示器可配置成显示由信号处理器生成的基于数字信号的数字图像。该显示器可与信号处理器无线数字通信。细长元件可包括柔性远侧部，其配置成穿过体腔。细长元件可包括多个腔。成像组件可具有一个成像器和一个或多个照明元件，照明元件配置成为待由成像器成像的身体部位照明。近侧元件可包括手柄，其配置成控制细长元件的移动。手柄可具有信号放大处理器，其配置成处理衰减的模拟成像信号并将基于衰减模拟信号的放大模拟成像信号传送至信号处理器。成像组件可配置成通过低电压差动信号(LVDS)将模拟成像信号传送至近侧元件。传感器可配置成检测衰减的模拟信号和/或衰减量。放大的模拟成像信号可基本上与成像组件生成并传送的模拟成像信号相同。多个处理器可沿近侧元件分离开，其中每一处理器可配置成放大所述衰减的模拟成像信号。由近侧元件近端的第一处理器生成的第一放大模拟成像信号的电压可大于由第一处理器远侧的第二处理器生成的第二放大模拟成像信号的电压。

根据本公开的某些方面，成像医疗装置可包括细长元件，其包括近端和远端，远端具有配置成传输模拟成像信号的成像组件。该装置可包括手柄，其远端连接至细长元件的近端，可配置成处理由成像组件传送的模拟成像信号并传送基于经处理的模拟成像信号的数字成像信号。该装置还可包括信号处理器，其与手柄数字通信且配置成接收数字成像信号。

除此之外或作为其替代，装置可包括一个或多个以下特征。与信号处理器电子通信的显示器。显示器可配置成显示基于数字信号的数字图像。显示器可与信号处理器无线数字连接。

根据本公开的某些方面，传输图像数据的方法可包括：传送来自医疗装置远侧部的成像组件的模拟信号；在医疗装置近侧部接收作为所传送的模拟信号的衰减形式的衰减模拟信号；在医疗装置的近侧部生成基于衰减模拟信号的调节模拟信号，其中调节的模拟信号与成像组件所传送的模拟信号基本相同；将调节的模拟信号传送至外部控制器以处理该调节的模拟信号；生成数字信号；并显示基于数字信号的图像。

除此之外或作为其替代，该方法可包括一个或多个以下特征。从成像组件传送的模拟信号可通过低电压差动信号传送。该方法还可包括在医疗装置的远侧部和近侧部之间的位置生成基于衰减模拟信号的中间调解模拟信号，其中中间调节模拟信号的电压可低于成像组件传送的模拟信号的电压。图像可在与外部控制器无线通信的显示器上显示。成像组件可包括一个或多个照明元件，其可配置成照亮待由成像组件成像的身体部位。

根据本公开某些方面，成像系统可包括显示器和医疗装置。医疗装置可包括：细长元件，其包括近端和远端，远端具有配置成传输模拟信号的成像组件；手柄，其远端连接至细长元件的近端且配置成处理由成像组件传送的模拟成像信号并传送基于经处理的模拟成像信号的数字成像信号；以及信号处理器，其与手柄数字通信且配置成接收数字成像信号。

可理解，前述一般描述和以下详细描述仅为示例性和说明性的，且不限制所主张的特征。

附图说明

附图包含在本说明中并作为本说明的一部分，其显示本公开的示例性方面且与说明书一起用来解释本公开的原则。

图1是医疗成像系统一实施例的示意图。

图2是根据本公开一示例性实施例的传送医疗图像数据的示例性方法的框图。

图3是根据本公开另一示例性实施例的传送医疗图像数据的示例性方法的框图。

具体实施方式

概览

本公开涉及医疗装置及医疗装置的使用方法。医疗装置的部分可用于在医疗程序中捕捉患者身体的图像。医疗装置还可包括用以处理来自医疗装置成像组件的信号以提供数字图像的组件。

以下将具体参照本公开的某些方面，其示范例在附图中显示。无论在何处，相同的参考符号在整个附图中将指示相同或相似的部件。术语“远侧”是指在将装置导入目标时离使用者最远的部分。相反，术语“近侧”是指将装置放入目标内时离使用者最近的部分。

示范实施例

图1显示医疗成像系统10的一实施例的示意图。系统10可包括医疗装置12，其具有近侧部14和用于插入身体的远侧部16。近侧部14可包括手柄18，其具有控制器20，控制器20配置成控制装置12的多种性能。例如，控制器20可配置成以适当的方式(例如通过机械(如线缆、凸轮、滑轮)、机电和/或电气机制)控制装置12的远侧部16的致动和移动。近侧部14还可包括导入器部24，其配置成为一个或多个医疗工具插入通过装置12且从装置12的远端26出来提供入口。例如，抓紧器、消融器、切削工具和/或成像工具可通过导入器24插入并从医疗装置12的远端26出来。

装置12的远侧部16可包括细长元件17，其连接至手柄18且具有一个或多个腔28,30。细长元件17可具有适于插入身体的任何大小和形状。细长元件17可以是柔性的且具有多种适当的表面属性。通过装置12的近侧部14上的导入器24插入的工具可插入通过贯穿细长元件17的多个腔28,30并从装置12的远端26穿出，直至身体的目标部位。腔28,30可具有适于容纳所插入工具的任何大小、形状和属性。

如图1所示，装置12的远端26还可包括成像组件32，其可通过例如导入器24插入通过细长元件17。替代性地，成像组件32可形成为医疗装置12的一部分且可在细长元件17内调整移动或可静止。成像组件32可定位在沿细长元件17的任何适当位置，例如，与细长元件的远端26对齐或与细长元件17的远端26邻近(如在远侧或近侧)。

成像组件32可包括配置用于捕捉图像的多个部件，例如光源(如LEDE)、透镜、电路、数字存储器、电源(如电池)和/或处理器。成像组件32可以任何适当的方式控制，例如通过控制器20进行电子控制。成像组件32可配置成以任何适当的方式捕捉图像。例如，成像组件32可捕捉例如模拟图像信号等图像。模拟图像信号可包括低电压信号，其含有结合有定时信息的图像帧中每一行的强度信息以提供同步显示。单个水平视频线的模拟信号可包括水平同步信号、后沿、有源像素区域、前沿等。模拟信号可以任何适当的方式传送至位于装置12内例如远侧部16和/或近侧部14中的一个或多个处理器。例如，来自成像组件32的模拟信号可通过沿装置12的一条或多条线缆传送至一个或多个处理单元。所述一个或多个处理单元可以任何适当的方式(例如，通过下述的方法200和300中的一个或方法200和300的结合)调节和/或将模拟信号转换成数字信号。在某些示范例中，模拟信号可以是差分或单端的。

装置12的近侧部14和远侧部16可包括多个组件，其配置成控制装置12的移动以及其他特征。例如，一个或多个电子电路可布置在装置12中用于控制医疗装置12和/或插入医疗装置12中的工具。

系统10还可包括一个或多个信号处理控制单元34，其通过无线或线缆40与装置12电子通信。一个或多个控制单元34可包括电子电路，其配置成在装置12和其他装置之间接收、处理和/或传送数据和信号。例如，控制单元34可与显示器36电子通信，显示器36配置成显示基于由控制单元34处理的图像数据和/或信号的图像(该图像数据和/或信号可已由装置12的成像组件32所生成)。控制单元34可以任何适当的方式(通过线缆40或无线)与显示器36电子通信。

显示器36可以任何适当的方式制备且可包括触屏输入和/或与多种输入和输入装置(如鼠标、电子笔、打印机、服务器和/或其他便携式装置)连接。

图2所示的方法200是显示来自成像组件(如装置12的成像组件32)的图像的方法的一个示范例。方法200可包括步骤202，即接收来自成像组件32的模拟图像信号。模拟信号可通过以任何适当的材料制备配置用以传送电信号的一条或多条线缆来传送。模拟信号可由一个或多个具有适当的电路组件(如处理器、存储器和电源)和存储在存储器中的程序的处理单元接收，用于在步骤204中将模拟信号以任何适当的方式转换成数字信号。例如，模拟信号可由配置成执行数字化程序指令的一个或多个数字化处理器转换成数字信号。数字化处理器可定位在装置12的任何适当位置，例如在手柄18中或沿细长元件17(如紧邻成像组件32)。在手柄中具有数字化处理的优点在于，手柄具有容纳必要处理元件的足够大小，且细长元件的横截面积由于不必容纳这些处理元件而可被最小化。在某些示范例中，数字化处理器可沿医疗装置移动。在数字化处理器定位在成像组件32附近(如邻近)的示范例中，由数字化处理器从成像组件32中接收的模拟信号可与成像组件32发送的模拟图像信号相等，即，模拟信号可不经过任何衰减。

此外，数字化处理器可包括任何适当的支持电路，例如电压调节器和/或配置成用以为静电放电提供保护的静电放电(ESD)组件。支持电路可与数字化处理器集成在相同的印刷电路板(PCB)或集成电路(IC)上。

在某些示范例中(例如，其中数字化处理器未定位为邻近成像组件32)，一个或多个调节处理器可配置成放大来自成像组件32的模拟信号的任何衰减并将经调节的模拟信号传送至数字化处理器。衰减信号可以是信号强度弱于由成像组件32生成的信号的任何信号。衰减模拟信号可以任何适当的方式放大，例如通过具有晶体管-晶体管逻辑(TTL)的电路。在某些示范例中，模拟信号的方法和数字化可由相同的处理器提供。调节单元处理器可以任何适当的方式放大来自成像组件32的原始模拟图像信号中的任何衰减。基于模拟图像信号的数字图像信号随后可在步骤206中由数字化处理器或外部控制单元(如用于在如显示器36的显示器上显示图像的控制单元34)进一步处理。

在某些示范例中，数字化和/或调解处理器可包括传感器，其配置成以任何适当的方式检测模拟信号中的任何衰减，例如，模拟图像信号可与数字化处理器接收的信号对比，且如果模拟信号不同于(如，小于)来自成像组件32的模拟成像信号，或低于预定的阈值(如电子预先设定和/或手动编程)，则可确定模拟成像信号已在传送过程中被衰减且应在数字化之前予以调节。替代性地，如果传感器确认模拟成像信号已衰减，其可确定数字化处理器应移向靠近成像组件32以避免衰减。在此示范例中，成像组件32和数字化处理器之间的最佳距离可通过一个或多个处理器电子确定并存储在存储器(如手柄18中的存储器)中用于检索和/或进一步处理。

替代性地，图3中所示的方法300可用于从医疗装置中提供数字图像。方法300可包括步骤302，其中接收来自成像组件(如成像组件32)的模拟信号302。在步骤304，一个或多个调节处理器可配置成放大成像组件32中的模拟信号的任何衰减。调节处理器可以是具有任何适当组件(如存储器和电源)的电路的一部分。存储器可包括用于调节模拟信号的程序指令，且调节处理器可配置成执行调节程序指令以调节(放大)模拟成像信号。

一个或多个调节处理器可定位在装置12中的任何适当位置，例如在手柄18中，或沿着细长元件17。在手柄或装置12的近侧部中具有数字化处理的优点是，装置12的这些部分可具有容纳必要处理器的足够大小，且细长元件的横截面积可以最小化，因为其不必容纳上述处理器。调节后的模拟信号可与由成像组件32传送的原始模拟信号基本/大约相等(如在成像组件生成的信号值的10％之内)。在某些示范例中，该方法可包括确认(如通过传感器)模拟信号是否相对于成像组件32传送的原始模拟信号已被衰减且确认信号衰减的程度的步骤。任何衰减的确认应由调节处理器和/或医疗装置中配置成检测模拟信号强度的单独传感器提供。

在步骤306，调节的模拟信号可由装置12外部的调节处理器传送至控制单元34，该控制单元34可包括数字化处理器，其配置成将经调节的模拟信号转换成数字信号。在步骤308中，数字信号可随后被处理以便于显示。例如，由成像组件32传送的原始模拟信号可具有约1.0V的值且可在沿装置12的传输过程中衰减至约0.6V。第一调节处理器可定位在细长元件17中成像组件的近侧。第一调节处理器可将0.6V的经衰减的模拟信号放大至约0.8V的值。第二调节处理器可定位在第一调节处理器的近侧(如在手柄18中)且可进一步调节从第一调节处理器接收的模拟信号(0.8V)且传送约1.0V的经放大的模拟信号用于数字化且随后显示图像。

装置12和/或控制单元34可连接至平台或服务器。平台或服务器等可包括用于分组数据通信的数据通信接口，如用于传送模拟和/或数字成像信号。平台还可包括中央处理单元(CPU)，其形式为一个或多个处理器，用于执行程序指令。平台可包括内部通信总线程序存储和数据存储(如ROM和RAM)，用于由平台处理和/或通信各种数据文件，尽管服务器通常通过网络通信接收编程和数据。上述设备的硬件元件、操作系统和编程语言在本质上是惯用的，且假定本领域的技术人员对此足够熟悉。服务器还可包括输入和输出端口以连接输入和输出装置如键盘、鼠标、触屏、监视器、显示器(如显示器36)等。当然，各种服务器功能可以分布的方式在一系列的类似平台上实现以分配处理负载。替代性地，服务器可通过一台电脑的硬件平台的适当编程来实现。

技术的程序方面可看作“产品”或“制造品”，通常以可执行代码和/或相关数据的形式出现，这些数据被承载或体现在一种机器可读介质中(如，配置成调节和/或数字化模拟成像信号的编程)。“存储”型介质包括任何有形的计算机内存、处理器等，或其相关的模块，如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，其可在任何时间为软件编程提供非暂时性存储。

所有或部分软件可不时地通过互联网或各种其他电信网络进行通信。这种通信可例如使得可将软件从一台电脑或处理器装载至另一台电脑或处理器，例如，从移动通信网络的管理服务器或主机电脑装载至服务器的电脑平台和/或从服务器装载至移动装置。因此，可承载软件元件的另一种类型的介质包括光、电、电磁波，如跨本地设备之间的物理接口、通过有线和光学固定网络和各种空中链路所使用的。

承载上述波的物理元件(如有线或无线链路、光链路等)还可视为承载软件的介质。在本文中，除非限定为非暂时性的，有形的“存储”介质、诸如计算机或机器“可读介质”等术语是指参与向执行处理器提供指令的任何介质。

公开的介质装置和方法可使用在任何适当的应用中，包括治疗和/或诊断医疗程序中体内的照明和/或可视化。本文所述的任何方面可与本文所述的其他方面一同使用。装置可用在任何适当的医疗程序，可推进穿过任何适当的体腔。例如，本文所述的装置可用来穿过任何自然体腔或管道，包括通过口腔、阴道、直肠、鼻腔、尿道或通过在任何合适的组织中的切口到达的体腔或管道。

对于本领域的技术人员而言显而易见的是，可对所公开的医疗装置和方法做出各种修改和变形而不背离本公开的范围。本公开的其他方面对本领域的技术人员而言在考虑本文所公开的特征的说明和事件之后将是显而易见的。其意图是说明和示范例仅视为示范性的。

Claims (15)

1.一种成像医疗装置，包括：

细长元件，其包括近端和具有成像组件的远端，所述成像组件配置成传送模拟成像信号；

近侧元件，其具有远端，所述远端连接至所述细长元件的近端且配置成接收基于所述模拟信号的衰减模拟成像信号并传输基于所述衰减模拟成像信号的经放大的模拟成像信号，其中由所述成像组件传送的所述模拟成像信号在传送至所述近侧元件的过程中被衰减，以成为所述衰减模拟成像信号；以及

信号处理器，其与所述近侧元件电子通信且配置成接收和处理所述放大的模拟成像信号并生成基于所述放大的模拟信号的数字信号。

2.如权利要求1中所述的装置，还包括与所述信号处理器电子通信的显示器，其中所述显示器配置成显示基于由所述信号处理器生成的所述数字信号的数字图像。

3.如权利要求2中所述的装置，其中所述显示器与所述信号处理器无线数字通信。

4.如前述任一权利要求中所述的装置，其中所述细长元件包括柔性远侧部，所述柔性远侧部配置成穿过体腔。

5.如前述任一权利要求中所述的装置，其中所述细长元件包括多个腔。

6.如前述任一权利要求中所述的装置，其中所述成像组件包括成像器以及一个以上照明元件，所述照明元件配置成照亮待由所述成像器成像的身体部位。

7.如前述任一权利要求中所述的装置，其中所述近侧元件包括手柄，所述手柄配置成控制所述细长元件的移动。

8.如权利要求7中所述的装置，其中所述手柄包括信号放大处理器，所述信号放大处理器配置成处理所述衰减模拟成像信号并将基于所述衰减模拟成像信号的所述放大模拟成像信号传送至所述信号处理器。

9.如前述任一权利要求中所述的装置，其中所述成像组件配置成经由低电压差分信号(LVDS)将所述模拟成像信号传送至所述近侧元件。

10.如前述任一权利要求中所述的装置，还包括传感器，所述传感器配置成检测所述衰减模拟信号。

11.如前述任一权利要求中所述的装置，其中所述放大模拟成像信号基本上与所述成像组件生成并传送的所述模拟成像信号相同。

12.如权利要求11中所述的装置，还包括多个处理器，所述处理器沿所述近侧元件间隔开，其中每个所述处理器配置成放大所述衰减模拟成像信号。

13.一种传输图像数据的方法，包括：

传送来自位于医疗装置远侧部的成像组件的模拟信号；

在所述医疗装置的近侧部接收衰减模拟信号，所述衰减模拟信号是所传送的所述模拟信号的衰减形式；

在所述医疗装置的近侧部生成基于所述衰减模拟信号的调节模拟信号，其中所述调节模拟信号与所述成像组件所传送的所述模拟信号基本相同；

将所述调节模拟信号传送至外部控制器以处理所述调节模拟信号；

生成数字信号；且

显示基于所述数字信号的图像。

14.如权利要求14中所述的方法，其中从所述成像组件传送的所述模拟信号是经由低电压差分信号传送的。

15.如权利要求13和14中任一所述的方法，还包括在所述医疗装置的所述远侧部和所述近侧部之间的位置生成基于所述衰减模拟信号的中间调节模拟信号，其中所述中间调解模拟信号的电压低于所述成像组件所传送的所述模拟信号的电压。