CN110996755A - 直径可变的多机位医疗手术照明装置 - Google Patents

Abstract

本主题公开了一种医学成像装置，其包括：具有第一横截面直径的刚性细长构件；具有第二横截面直径的远侧末端。其中，第二横截面直径比第一横截面直径大至少0.02毫米，所述远侧末端包括位于远侧末端的前平面上的前摄像头和位于远侧末端的第一横向平面上的第一侧摄像头。

Description

直径可变的多机位医疗手术照明装置

技术领域

本发明通常涉及被设计成从患者体内捕获图像的医疗器械领域。

技术背景

腹腔镜是一种借助摄像头通过小切口在腹部或骨盆中进行手术的装置。它可以用于检查和诊断疾病或进行手术。在某些情况下，涉及检查密闭区内部区域或特定体腔区域或器官区域的程序也可能涉及内窥镜。

腹腔镜很可能会组装在摄像头所在的细长管状部件以及所有电路中。通常，腹腔镜检查的程序从腹部附近的小切口开始，腹部充满二氧化碳气体。二氧化碳使腹部升起远离内脏。然后将腹腔镜插入腹部，并为外科医生提供所需的内部器官视图。在某些情况下，将套管针通过切口插入腹部，并将腹腔镜通过套管针的套管推入腹部。

腹腔镜可以具有细长构件，该细长构件使得能够在患者体内操纵腹腔镜。细长构件可以是刚性的，以保护电路和传感器。在医疗过程中，用过的腹腔镜可包括位于腹腔镜前部的一个以上的摄像头。因此，可能需要将摄像头、光学部件和电路放置在相对较宽的腹腔镜中。在这种情况下，面临的挑战是保持尽可能小的切口。在某些情况下，使用单独的套管针，套管针的套管可能会限制多摄像头腹腔镜的宽度。

发明内容

本发明公开了一种薄型医学成像装置，其包括两个直接连接的截面构件。所述两个截面构件可以是细长的刚性轴和远侧末端。远侧末端包括医疗过程所需的光学齿轮，并直接连接到刚性轴。位于远侧末端的光学齿轮可以包括摄像头、透镜和摄像头功能所需的光源。远侧末端可以设有变化的直径，其中最大直径为大约10.0至20毫米，最小直径为大约2.5至15.0毫米。在一些情况下，刚性轴可以设置有比远侧末端窄的直径，使得刚性轴可以连接到远侧末端的最窄部分。在某些情况下，远侧末端的直径从轴直径逐渐增加到远侧末端的最大直径。在所公开主题的一些实施例中，远侧末端可以包括从具有最宽直径的远侧末端部分开始并且向下倾斜至远侧末端的最窄部分的斜面。在某些情况下，斜面可以用渐变边缘代替，该渐变边缘允许将远侧末端连接到刚性轴，该刚性轴的直径比远侧末端的直径窄。

远侧末端还包括位于远侧末端的前平面上的前摄像头和位于远侧末端第一横向表面上的第二侧摄像头。在某些情况下，医学成像装置还可包括位于远侧末端第二横向表面上的第一侧摄像头。

在所公开主题的可能实施例中，第二侧摄像头的镜头中心与前摄像头的镜头中心之间的距离可以小于第一侧摄像头的镜头中心与前摄像头的镜头中心之间的距离。在所公开主题的其他可能实施例中，第二侧摄像头的镜头中心与前摄像头的镜头中心之间的距离可以比第一侧摄像头的镜头中心与前摄像头的镜头中心之间的距离长。在某些情况下，前摄像头、第二侧摄像头和第一侧摄像头的工作距离可以在1-150毫米的范围内。在某些情况下，第二侧摄像头和第一侧摄像头的水平视场在60-160度之间。

在某些情况下，远侧末端可以进一步包括至少一个开孔，该开孔的形状被成形为用于固定第一侧摄像头、前摄像头和第二侧摄像头。在某些情况下，每个开孔都与单个摄像头关联。即，第一侧摄像头关联一个开孔，前摄像头关联一个开孔，第二侧摄像头关联一个开孔。在某些情况下，所述开孔可以具有不透明的壁，该壁具有位于前摄像头、第一侧摄像头和第二侧摄像头附近的透明开孔。远侧末端可以进一步包括前照明模块，用于照亮前摄像头捕获的区域；第二侧照明模块，用于照亮第二侧摄像头捕获的区域；第一侧照明模块，用于照亮第一侧摄像头捕获的区域。因此，前照明模块可以在前摄像头的两侧上包括两个照明模块，其中在前摄像头可以不位于前表面中心的情况下，一个照明模块可以比另一照明模块大。

附图说明

这里仅通过示例的方式，本发明的一些实施例参考附图进行描述。现在具体地详细参考附图，要强调的是，所示出的细节是作为示例并且出于对本发明的实施例的说明性讨论的目的。就这一点而言，结合附图进行的描述对于本领域技术人员而言显而易见的是可以如何实践本发明的实施例。

在图中：

图1根据所公开主题的示例性实施例，示出了包括至少一个摄像头和可变化直径的医学成像装置；

图2根据所公开主题的示例性实施例，示出了以可变化直径设置的并且包括三个摄像头的医学成像装置的上部横截面；

图3示出了根据图2的具有可变化直径的医学成像装置的上部横截面，该医学成像装置包括一个前摄像头和两个侧摄像头。

图4根据所公开主题的示例性实施例，示出了具有可变化直径的医学成像装置的示意图，该医学成像装置包括一个前摄像头和两个侧摄像头。

图5根据所公开主题的示例性实施例，示出了具有远侧末端的医学成像装置的示意图，该远侧末端包括渐变边缘；

图6根据所公开主题的示例性实施例，示出了医学成像装置中的三个摄像头的视野，该三个摄像头具有可变化直径并且在FOV之间具有重叠的对称性。

图7根据所公开主题的示例性实施例，示出了包括一体式医学成像装置的医学成像装置，该一体式医学成像装置具有可变化的直径，该可变化的直径包括改变医学成像装置的操作所需的光学齿轮。

具体实施方式

本发明公开了一种薄型医学成像装置，该薄型医学成像装置可在需要医学成像装置穿过体内的切口并在内部器官进行医学手术的情况下使用。这样的医学成像装置包括两个或更多个摄像头，这些摄像头被设计为通过小切口辅助诸如在腹部或骨盆中的检查或外科手术之类的医疗手术。医学成像装置具有至少两个直径，其中医学成像装置的某些部分可以具有较宽的直径，例如远侧末端，从而为光学齿轮留有所需的空间，而医学成像装置的其他一些部分可以具有较小直径，以允许医学成像装置穿过人体上相对较小的切口，例如至少部分地安装在具有预定内径的套管针中。但是，在医疗手术中，可以将刚性轴放置在套管针中，同时将远侧末端置于患者体内，以捕获图像。成像装置的远侧末端包括光学齿轮，仅需穿过套管针，该套管针具有一定的弹性以穿透较宽的末端。较宽的末端为光学齿轮提供了更多空间，从而使传感器，透镜、数据更好地被成像装置捕获。经由套管针插入装置使得能够在人体处使用相对小的切口，并且在需要将气体填充在人体腔室中的情况下促进医疗过程。小切口可简化密封剂的产生，以防止气体从切口泄漏。术语直径是指刚性轴的横截面直径和远侧末端的横截面直径。

图1示出了根据所公开主题的示例性实施例的包括至少一个摄像头和可变化直径的医学成像装置。图1示出了医学成像装置105，其包括设计成直接连接到远侧末端115的刚性轴155。远侧末端115可以包括允许将远侧末端115连接到刚性轴155的斜面180，刚性轴155设置在比远侧末端115的直径窄的远侧末端115中。

远侧末端115还可以包括接缝线170，其勾勒出刚性轴155和远侧末端115的斜面180之间的连接线。在一些情况下，刚性轴155和斜面180可以通过粘合材料连接，该粘合材料在接缝线170处密封该连接。在一些其他情况下，刚性轴155和斜面180可以通过焊接连接。在所公开主题的可能实施例中，刚性轴155和斜面180可以通过将刚性轴155和远侧末端115紧固在一起的拧紧机构连接。

远侧末端115可以用作设计成容纳至少一个摄像头的多摄像头截面构件。在一些情况下，摄像头可以位于远侧末端115的前端，其被限定为平面110。另外的摄像头可以位于远侧末端115的横向圆形表面处。远侧末端115还可以包括成形为容纳第二侧摄像头165并提供第二侧摄像头165的视场所需的开孔160。在某些情况下，开孔160可以被透明层覆盖，例如玻璃或塑料，以将患者组织与第二侧摄像头165进行隔离。在另一些情况下，开孔160可以被一个或多个光学窗口覆盖。

在所公开主题的一些实施例中，远侧末端115可以包括第一侧摄像头（未示出）。第一侧摄像头可以位于远侧末端115的相对侧。开孔160还使得能够从提供第二侧摄像头165的光源的侧照明模块150和145发射光。在某些情况下，专用照明器（例如发光二极管，也称为LED）可能会发出光。

远侧末端115还可包括位于平面110上的前摄像头130，该平面110可容纳前摄像头130并提供前摄像头130的视场所需的开口。平面110还包括前照明器120、125、135以及140，为前摄像头130提供所需光源。在另一个实施例中，前照明器的数量和位置可以变化。例如，少于四个或更多的照明模块，其中每个照明模块具有1个或多个LED，并且可以发射不同的光谱。

图2根据所公开主题的示例性实施例，示出了以可变化的直径设置的并且包括三个摄像头的医学成像装置的上部截面。图2示出了包括远侧末端280的医学成像装置205。远侧末端280包括三个摄像头，前摄像头235、第二侧摄像头245和第一侧摄像头215。医学成像装置205还包括容纳前摄像头235的尖端部分265。其中，前摄像头235包括用于捕获前视场的透镜组件。在一些示例性情况下，前摄像头235的视场可以是至少60度、至少80度、至少100度以及大约1至30毫米，大约15至150毫米的工作距离。前摄像头235可以定位在远侧末端280的尖端部分265的表面上。

远侧末端280进一步包括第二侧摄像头245，其可以被定位在医学成像装置205内，使得所述摄像头的中心可以距医学成像装置205的尖端部分265大约5到25毫米。第二侧摄像头245的视角可以是至少60度，至少80度，至少100度，工作距离为大约1-30毫米，大约15至150毫米。远侧末端280还可以包括两个第二侧照明模块240和250，其可以是发射第二侧摄像头245操作所需的光的LED。在一些情况下，照明模块的数量可以大于两个，其中每个照明模块可以包括1个或多个LED，并且可以发射不同的光谱。

第一侧摄像头215可以定位在第二侧摄像头245的相对侧，使得两个摄像头，第二侧摄像头245和第一侧摄像头215，可以指向基本上彼此相反的方向。第一侧摄像头215的中心距远侧末端280的尖端部分265约5至25毫米。第一侧摄像头215的视场可以至少为60度，至少为80度，至少为80度，至少100度，工作距离约为1至30毫米，约为15至150毫米。医学成像装置205还可包括两个第一侧照明模块225和210，其可以是发射第二侧摄像头215的操作所需的光的LED。在一些情况下，照明模块的数量可以大于两个，其中每个照明模块可以包括1个或多个LED，并且可以发射不同的光谱。

前摄像头235可以位于远侧末端280的前表面。前摄像头235可以包括透镜组件，其提供的前视场至少60度，至少80度，至少100度和大约1至30毫米，大约15至150毫米的工作距离。医学成像装置205还可包括两个或更多个前照明模块。图2示出了照明模块220和230，该照明模块220和230可以包括LED，该LED发射前摄像头235的操作所需的光。在公开主题的一些实施例中，LED发射的光可以是白光。在一些其他情况下，医学成像装置205的一部分光源在可见光谱处可以具有不同的颜色。例如，医学成像装置205的光源可以包括发射其他颜色的LED，诸如蓝色、红色、黄色、绿色或其任何组合。在某些情况下，LED发出的光可能处于不可见光的光谱范围内。例如，光源可以提供红外光谱、紫外线、X射线等的光。照明模块220、235、225、240、250和210可以经由放置在刚性轴155中的电缆接收电力。

在所公开主题的一些实施例中，可以在具有不同直径的两个部分中提供远侧末端280。因此，可以将远侧末端280的一个部分设置为具有平面285的圆柱形状，并且其长度在10至20毫米之间。示出具有平面285的圆柱形部分在轴线281和轴线282之间。在一个实施例中，轴线281、282和283垂直于刚性轴和远侧末端280的纵向轴线。远侧末端280的第二部分是具有斜面275的部分。第二部分的长度可以在2至30毫米之间。在垂直轴282和垂直轴283之间示出了具有斜面275的第二部分。在这种情况下，具有斜面275的部分可以直接连接到刚性轴270，刚性轴270的宽度可以在2.5到15毫米的范围内。因此，在这种情况下，远侧末端的最大直径可以为大约10.0至20毫米，并且最小直径可以为大约2.5至15.0毫米。在另一个实施例中，轴281可以被命名为与刚性轴和远侧末端280的纵轴形成小于10度的角度。

图3示出了根据图2的直径变化的医学成像装置的上部横截面，其包括一个前摄像头和两个侧摄像头。图3示出了医学成像装置205，该医学成像装置205包括位于远侧末端280的三个摄像头。前摄像头235位于远侧末端280的尖端部分265处的前平面247上。在某些情况下，前摄像头235可以偏向于前平面247的一侧之一放置。在另一种情况下，前摄像头235可以位于前平面247的中心。医学成像装置205还包括第一侧摄像头215，第一侧摄像头215被定位成使得第一侧摄像头215的中心可以位于距尖端部265约0.0至10.0毫米的位置。第二侧摄像头245的位置使得第二侧摄像头245的中心可以位于从第一侧摄像头215的中心到假想线大约0.0至10.0毫米的位置，假想线从第一侧摄像头215的中心延续到点222。

在所公开主题的一些实施例中，远侧末端280可以设置在斜面275中，斜面275位于与刚性轴270连接的部分处。在这种情况下，远侧末端280可以连接至刚性轴，所述远侧末端280具有相对于远侧末端280直径较窄的端部。

图4示出了根据所公开主题的示例性实施例，具有可变化的直径的医学成像装置的示意图，该医学成像装置包括一个前摄像头和两个侧摄像头。图4示出了医学成像装置405，其包括被设计为容纳三个摄像头的远侧末端440。远侧末端440可以容纳基本上位于前平面450中心的前摄像头410。远侧末端440还包括位于远侧末端440侧的第二侧摄像头425。远侧末端440还包括第一侧摄像头415，其可以位于第二侧摄像头425的相对侧表面处，使得两个摄像头，侧摄像头425和第一侧摄像头415可以指向基本上彼此相反的方向。在一些其他情况下，第二侧摄像头425和第一侧摄像头415之间的角度可以是在远侧末端440的圆周上在10-180度范围内的任何可工作角度。

可以以约2.5至15毫米的直径设置远侧末端440。远侧末端440的长度可以是大约6.5至20毫米。在某些情况下，远侧末端440可以是连接到直径约为2.5至15毫米的刚性轴420。在所公开主题的可能的实施例中，刚性轴420的直径可以比远侧末端440的直径窄。因此，远侧末端440可以包括一斜面435，以允许将远侧末端440连接到具有较小直径的刚性轴420。

在所公开主题的可能实施例中，第二侧摄像头425的中心与边缘点430之间的距离可以在第一侧摄像头415的中心与边缘点465之间的距离相同。在所公开的主题中，第二侧摄像头425的中心与第二边缘点430之间的距离可以比在第一侧摄像头415的中心与边缘点465之间的距离短。在所公开主题的可能实施例中，第二侧摄像头425的中心与第一边缘点430之间的距离可以比第一侧摄像头415的中心与边缘点465之间的距离长。

图5根据所公开主题的示例性实施例，示出了具有包括渐变边缘的远侧末端的医学成像装置的示意图。图5示出了医学成像装置505，该医学成像装置505包括设计用于容纳摄像头的远侧末端530和连接至远侧末端530的刚性轴520。远侧末端530包括渐变边缘510，其允许将远侧末端530连接至接缝线515处的刚性轴520。在一些情况下，包括渐变边缘510的远侧末端530可以用包括斜面的远侧末端代替，该斜面用于将远侧末端连接到具有较窄直径的刚性轴。渐变边缘510为远侧末端530和刚性轴520之间的连接提供了阶梯状的形状。在某些情况下，刚性轴520和渐变边缘510可以通过粘合材料连接，该粘合材料在接缝线515处密封该连接。在一些其他情况下，刚性轴520和渐变边缘510可以通过焊接连接。在所公开主题的可能实施例中，刚性轴520和渐变边缘510可以通过将刚性轴520和远侧末端530紧固在一起的拧紧机构连接。

图6根据所公开主题的示例性实施例，示出了医学成像装置中的三个摄像头的视野，该三个摄像头具有变化的直径并且在FOV之间具有重叠的对称性。图6示出了具有远侧末端670的医学成像装置605，该远侧末端670包括三个摄像头，前摄像头610，第二侧摄像头625和第一侧摄像头615。远侧末端670还包括允许将远侧末端670连接到刚性轴665的斜面680。在一些情况下，远侧末端670可包括可连接至刚性轴665的渐变边缘。

远侧末端670还包括设有视场640的前摄像头610，表示为FOV 640。FOV 640可以由假想三角形定义，该假想三角形定义前摄像头610的可观察视野，并由前摄像头610、点630和点635创建。点635还勾勒出第一侧摄像头615视场的边缘之一，表示为FOV 645。FOV 645可以由假想三角形定义，该假想三角形定义第一侧摄像头615的可观察视野，并由第一侧摄像头615，点655和点655创建。在某些情况下，FOV 640可能在点635与FOV 645重叠。在某些其他情况下，FOV 654和FOV 640可能没有重叠。点630还勾勒出第二侧摄像头625的视场上的边缘之一，表示为FOV650。FOV650可以由假想三角形定义，该假想三角形定义第二侧摄像头625的可观察视野，并由第二侧摄像头625，点630和点660创建。在某些情况下，FOV 640可能与FOV 650在点630处重叠，并且三个FOV，640、645和650的对称性可能不相等，从而使得可以得到FOV的一个重叠。

图7根据所公开主题的示例性实施例，示出了包括一体式医学成像装置的医学成像装置，该一体式医学成像装置具有可变化的直径，该直径包括医学成像装置的操作所需的光学齿轮。图7示出了一体式医学成像装置705，其包括没有远侧末端的刚性轴755。刚性轴755可以用作设计成容纳至少一个摄像头的多摄像头成像装置。在某些情况下，摄像头可以位于刚性轴755的边缘处，刚性轴755位于平面710的前部。摄像头也可以位于刚性轴755的横向圆形表面。刚性轴755可以包括宽段780，其设计为容纳实现医学成像装置成像功能所需的光学齿轮。刚性轴755还可以包括窄段770，该窄段770被设计成传送光学齿轮起作用所需的配线。在医疗过程中，执行医疗过程的人可以将一体式医学成像装置705插入患者的身体，使得宽区域780可以位于身体内部，而窄段770可以用于密封身体处的开口，例如为了防止气体扩散。在某些情况下，一体式医学成像装置705可以经由套管针插入。在这种情况下，窄段770可以防止在所述医疗过程中使用的气体通过套管针的套管扩散。

刚性轴755还可以包括斜面785，该斜面设计成在窄段770和宽段780之间架桥。在某些情况下，刚性轴755包括窄段770，并且宽段780可以被制成一体式。例如，刚性轴755可以通过模制工艺来制备。在某些情况下，刚性轴755的制备工艺还可包括铣削工艺，用于生成用于摄像头的开孔、圆形表面、平面，用于摄像头的空间等。

刚性轴755还包括成形为容纳第二侧摄像头765并提供第二侧摄像头765在操作上所需视场的开孔760。在所公开主题的一些实施例中，刚性轴755可包括第一侧摄像头（未示出），其位于刚性轴755的相对侧。开孔760还容纳侧照明模块750和745，侧照明模块750和745提供侧摄像头765的光源。在某些情况下，光源可以通过专用的内窥镜照明器发射，例如发光二极管，也称为LED。在一个实施例中，每个照明模块具有一个或多个LED，并且可以发射不同的光谱。

刚性轴755还可以包括位于前平面710中心的前摄像头730，该前平面710可以容纳前摄像头730，并且提供前摄像头730在操作上所需的视场。平面710还包括前照明模块720、725、735和740，其提供前摄像头730所需的光源。在另一个实施例中，前摄像头730可以偏向于前平面710的一侧。

本公开尽管已经参考示例性实施例进行描述，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物代替其要素。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定的情况或材料适应于教导。因此，所公开的主题旨在不限于作为预期用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是仅由所附权利要求书限定。

Claims (22)

1.一种医学成像装置，包括：

具有第一横截面直径的刚性细长构件；

具有第二横截面直径的远侧末端，其中所述第二横截面直径比所述第一横截面直径大至少0.02毫米，所述远侧末端包括位于所述远侧末端的前平面上的前摄像头，以及位于所述远侧末端的第一横向表面上的第一侧摄像头。

2.根据权利要求1所述的医学成像装置，其中，所述远侧末端包括渐变边缘，其允许将所述远侧末端连接到所述刚性构件上。

3.根据权利要求2所述的医学成像装置，其中，所述远侧末端的所述渐变边缘设置在以比所述远侧末端的直径更窄的直径中。

4.根据权利要求1所述的医学成像装置，还包括斜面，所述斜面逐渐地弥合所述第一横截面直径和所述第二横截面直径之间的差。

5.根据权利要求1所述的医学成像装置，还包括位于所述远侧末端的第二横向表面上的第二侧摄像头。

6.根据权利要求5所述的医学成像装置，其中，所述第二侧摄像头比所述第一侧摄像头更靠近所述前平面。

7.根据权利要求5所述的医学成像装置，其中，所述前摄像头位于比所述第一横向表面更靠近所述第二横向表面的位置。

8.根据权利要求5所述的医学成像装置，其中，所述前摄像头、所述第二侧摄像头和所述第一侧摄像头的工作距离在1至15毫米的范围内。

9.根据权利要求5所述的医学成像装置，其中，所述第二侧摄像头和所述第一侧摄像头具有在60-160度之间的横向视场。

10.根据权利要求5所述的医学成像装置，其中，所述第一侧摄像头和所述第二侧摄像头可以彼此垂直指向，并且在所述远侧末端的圆柱形表面的相对侧中，在远侧末端的圆柱形表面中基本上以180度间隔定位。

11.根据权利要求5所述的医学成像装置，其中，所述第一侧摄像头和所述第二侧摄像头可以在所述远侧末端的圆柱形表面中以小于90度间隔定位。

12.根据权利要求5所述的医学成像装置，其中，所述第二侧摄像头和所述第一侧摄像头位于所述远侧末端的上半部。

13.根据权利要求5所述的医学成像装置，其中，所述第二侧摄像头的视场从所述前摄像头的视场以顺序的方式连续。

14.根据权利要求5所述的医学成像装置，其中，所述第一侧摄像头的视场从所述前摄像头的视场以顺序的方式连续。

15.根据权利要求5所述的医学成像装置，其中，在所述第一侧摄像头的视场上的一些区域和在所述前摄像头的视场上的一些区域是重叠的。

16.根据权利要求1所述的医学成像装置，其中，所述前摄像头位于所述前平面的中心。

17.根据权利要求1所述的医学成像装置，其中，在所述第二侧摄像头的视场中的一些区域和在所述前摄像头的视场中的一些区域是重叠的。

18.根据权利要求1所述的医学成像装置，其中，所述前平面与所述刚性细长构件的纵轴形成小于90度的角度。

19.根据权利要求1所述的医学成像装置，其中，所述远侧末端还包括至少一个开孔，所述至少一个开孔成形为容纳并固定所述前摄像头和所述第二侧摄像头。

20.根据权利要求19所述的医学成像装置，其中，所述至少一个开孔还包括不透明壁，所述不透明壁具有位于所述前摄像头和所述第二侧摄像头附近的透明开孔。

21.根据权利要求1所述的医学成像装置，其中，所述远侧末端还包括：前照明模块，用于照亮由所述前摄像头捕获的区域；以及横向照明模块，用于照亮由所述第二侧摄像头捕获的区域。

22.根据权利要求21所述的医学成像装置，其中，所述前照明模块包括位于所述前摄像头两侧的两个照明模块，其中，如果所述前摄像头未位于所述前表面的中心，则一个照明模块大于另一个照明模块。

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