ES2987365T3

ES2987365T3 - Sistema y método para extraer el moteado de una escena iluminada mediante una fuente de luz coherente

Info

Publication number: ES2987365T3
Application number: ES14765315T
Authority: ES
Inventors: Jeremiah Henley; Joshua Talbert; Laurent Blanquart; Donald Wichern
Original assignee: DePuy Synthes Products Inc
Current assignee: DePuy Synthes Products Inc
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2024-11-14
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: US11980336B2; US10299732B2; US20200330041A1; WO2014144997A1; CA2906828A1; US20230080490A1; AU2014233475A1; EP2972565B1; US10695003B2; JP2016514497A; US20140288373A1; EP2972565A1; AU2014233475B2; EP2972565C0; US11484270B2; JP6430484B2; US20160183882A1; EP2972565A4

Abstract

La divulgación se extiende a métodos, dispositivos y sistemas para eliminar el moteado de una fuente de luz coherente, como la luz láser. Los métodos, dispositivos y sistemas ayudan a eliminar o reducir el moteado introducido desde una fuente de luz coherente, como la luz láser, utilizando las enseñanzas y principios de la divulgación. Con el uso creciente de la tecnología láser en diversas aplicaciones, la aparición del efecto moteado ha aumentado. El efecto moteado se refiere a un patrón en el que hay una distribución aleatoria de niveles de intensidad de luz variables y puede ocurrir con fuentes de luz coherentes. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método para extraer el moteado de una escena iluminada mediante una fuente de luz coherente

ANTECEDENTES

Con el uso cada vez mayor de la tecnología láser en diversas aplicaciones, ha aumentado la ocurrencia del efecto moteado. Refiriéndose a un patrón en el que se produce una distribución aleatoria de distintos niveles de intensidad luminosa, puede ocurrir con fuentes de luz coherentes. En el caso de una fuente de luz coherente, tal como la luz láser, aparece un patrón moteado de manchas brillantes y oscuras en el área iluminada. Se causa mediante la interferencia de muchas ondas de la misma frecuencia, pero diferentes fases y amplitudes, combinándose y resultando una onda cuya amplitud e intensidad varía aleatoriamente. Esto ocurre cuando la luz coherente (luz consistente en una sola longitud de onda) se dispersa por una superficie rugosa. Nótese que "rugosa" se refiere a la textura de la superficie a nivel microscópico. Así, en los procedimientos o aplicaciones de cirugía mínimamente invasiva (CMI), todas las superficies pueden considerarse rugosas.

Cuando se utiliza una fuente de luz coherente, tal como la luz láser, como fuente de luz para procedimientos quirúrgicos mínimamente invasivos (CMI) o endoscópicos, el moteado es un efecto indeseable tal que hace que la imagen parezca granulada para el observador. Las fuentes de luz convencionales para CMI y endoscopia (como las bombillas de halogenuros metálicos, las bombillas halógenas, las bombillas de xenón y los diodos emisores de luz (LED)) no tienen un patrón moteado por que la luz tiene baja coherencia. Los patrones moteados generalmente no son perceptibles desde la luz con baja coherencia porque las variaciones de amplitud tienden a promediarse entre sí. A pesar del patrón moteado, una fuente de luz láser puede tener ventajas sobre las fuentes de luz convencionales, incluyendo la eficiencia energética, el coste, la baja generación de calor, el pequeño tamaño, la pulsación de color, la imagen de banda estrecha y la capacidad de generar luz controlada fuera del espectro visible (infrarroja o ultravioleta). Por lo tanto, es deseable un sistema de fuente de luz coherente, tal como un sistema de fuente de luz láser, sin el patrón moteado.

Otros han intentado afrontar el efecto moteado con luz láser utilizando diversos métodos, cada uno de los cuales reduce esencialmente la coherencia de la luz. Uno de los métodos más sencillos consiste en colocar un difusor en movimiento dentro de la trayectoria de la luz. El difusor puede rotar u oscilar y este movimiento reduce la coherencia de la luz. Otros métodos incluyen sistemas de espejos, lentes homogeneizadoras y/o guías de luz. Solicitud común de la tecnología es en proyectores láser. El documento U<s>2010/268034 A1 divulga la reducción del moteado de un sistema endoscópico con al menos una fuente de luz para generar luz al menos parcialmente coherente. El documento US 2003/120156 A1 divulga un sistema de medición del movimiento, un método de medición y una presentación del movimiento dentro de una cavidad; en particular, imágenes clínicas endoscópicas de moteado del flujo sanguíneo. El documento US 2011/319712 A1 divulga un sistema endoscópico capaz de obtener de forma estable una imagen libre de interferencias de moteado basada en una imagen capturada que incluye un primer componente de color básico B en el que se suprime un ruido de moteado de un haz láser y un segundo componente de color básico G que no incluye el ruido de moteado. El documento US 2005/0119527 A1 divulga un sistema de video endoscopio que incluye un armario de control reutilizable y un sistema de endoscopio que se puede conectar al mismo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Implementaciones no limitantes y no exhaustivas de la divulgación se describen con referencia a las siguientes figuras, en el que números de referencia similares se refieren a partes similares a través de las diversas vistas a menos que se especifique de otra manera. Las ventajas de la divulgación se entenderán mejor con respecto a la siguiente descripción y dibujos adjuntos donde:

Las FIGS. 1A y 1B ilustran implementaciones de un sistema para extraer el moteado de una fuente de luz coherente, tal como la luz laser, de acuerdo con las enseñanzas y principios de la divulgación;

La FIG. 2 ilustra una vista lateral despiezada de un dispositivo para extraer el moteado de una escena iluminada mediante una fuente de luz coherente, tal como la luz laser, de acuerdo con una implementación y de acuerdo con las enseñanzas y principios de la divulgación;

La FIG. 3 ilustra una vista lateral de un dispositivo para extraer el moteado de una escena iluminada por una fuente de luz coherente, tal como la luz laser, de acuerdo con una implementación y de acuerdo con las enseñanzas y principios de la divulgación;

La FIG. 4 ilustra una vista lateral despiezada de un dispositivo para extraer el moteado de una escena iluminada por una fuente de luz coherente, tal como la luz laser, no de acuerdo con una implementación de la invención;

Las FIGS. 5 ilustran una vista lateral de un dispositivo para extraer el moteado de una escena iluminada por una fuente de luz coherente, tal como la luz láser, no de acuerdo con una implementación de la invención;

La FIG. 6 ilustra una vista esquemática de un sensor emparejado y un emisor electromagnético en operación para su utilización en la producción de una imagen en un entorno con deficiencia de luz, de acuerdo con las enseñanzas y principios de la divulgación;

Las FIGS. 7A y 7B ilustran una vista en perspectiva y una vista lateral, respectivamente, de una implementación de un sensor monolítico teniendo una pluralidad de formaciones de pixeles para producir una imagen tridimensional de acuerdo con las enseñanzas y principios de la divulgación;

Las FIGS. 8A y 8B ilustran una vista en perspectiva y una vista lateral, respectivamente, de una implementación de un sensor de imagen construido sobre una pluralidad de sustratos, en el que una pluralidad de columnas de pixeles que forman la formación de pixeles se ubican en el primer sustrato y una pluralidad de columnas de circuitos se ubican en un segundo sustrato y muestran una conexión eléctrica y comunicación entre una columna de pixeles a su columna de circuitos asociada o correspondiente; y

Las FIGS. 9A y 9B ilustran una vista en perspectiva y una vista de lado, respectivamente, de una implementación de un sensor de imagen que tiene una pluralidad de formaciones de pixeles para producir una imagen tridimensional, en el que la pluralidad de formaciones de pixeles y el sensor de imagen se construyen sobre una pluralidad de sustratos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

La divulgación se extiende a métodos, dispositivos y sistemas para extraer el moteado de una fuente de luz coherente, tal como la luz láser. Los métodos, dispositivos y sistemas de la divulgación ayudan a eliminar o reducir el moteado introducido desde una fuente de luz coherente, tal como la luz láser, mediante la utilización de las enseñanzas y principios de la divulgación. En la siguiente descripción de la divulgación, se hace referencia a los dibujos adjuntos, que forman parte de la misma, y en los que se muestran a modo de ilustración implementaciones especificas en las que la divulgación puede ser practicada. Se entiende que pueden utilizarse otras implementaciones y pueden realizarse cambios estructurales sin apartarse del ámbito de la divulgación.

Debe notarse que, tal como se utilizan en esta especificación y en las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un" y "el" incluyen referentes plurales, a menos que el contexto claramente indique otra manera.

Tal como se utilizan en el presente documento, los términos "que comprende", "que incluye", "que contiene", "caracterizado por" y sus equivalentes gramaticales son términos inclusivos o abiertos que no excluyen elementos o pasos del método adicionales no mencionados.

Tal como se utiliza en el presente documento, la expresión "fuente de luz coherente" se refiere a una fuente de luz o radiación electromagnética capaz de producir radiación con todas las longitudes de onda vibrando en fase. Así, "fuente de luz coherente" incluye, pero no se limita a, luz o radiación consistente en una sola longitud de onda porque tal luz o radiación se considera que está en fase. Tales fuentes de luz pueden incluir, por ejemplo, una fuente de luz láser. Se entenderá que todas las fuentes de luz coherente caen dentro del ámbito de la presente divulgación.

Además, donde sea apropiado, las funciones descritas en el presente documento pueden realizarse en uno o más de los siguientes componentes: hardware, software, firmware, componentes digitales o componentes analógicos. Por ejemplo, uno o más circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) pueden programarse para llevar a cabo uno o más de los sistemas y procedimientos aquí descritos. A lo largo de la descripción y las reivindicaciones siguientes se utilizan ciertos términos para referirse a componentes particulares del sistema. Como comprenderán los expertos en la materia, los componentes pueden referirse mediante diferentes nombres. Este documento no pretende distinguir entre componentes que difieren en nombre, pero no en función.

Refiriéndose ahora a las figuras, se apreciará que el moteado de una fuente de luz coherente, tal como la luz láser, utilizada para endoscopia puede extraerse mediante la vibración de un haz de fibra óptica que transporta la luz desde la fuente de luz hasta un lugar quirúrgico. La extracción de las motas se puede conseguir uniendo un mecanismo vibratorio al manojo de fibra óptica en una ubicación a lo largo de la longitud del manojo de fibra óptica. Se apreciará que la luz pierde coherencia momentáneamente al cambiarse la geometría de su trayectoria. Cuando la nueva trayectoria llega a reposo, aparece un nuevo patrón moteado. La introducción de vibraciones en la fibra es esencialmente la introducción de una serie de cambios en la geometría de la trayectoria, y si el cambio en la geometría de la trayectoria se realiza a una frecuencia lo suficientemente rápida, el patrón moteado observable puede ser sustancialmente eliminado o extraído, tal que un ojo humano no pueda detectar el patrón moteado.

Cuando se observa por el ojo humano, la frecuencia de oscilación mínima para extraer el moteado observable es de aproximadamente 20 Hz. Si la imagen está siendo capturada por un sensor de imágenes, esta frecuencia mínima podría cambiarse mediante la tasa de cuadros de adquisición de imágenes y la tasa de cuadros del visualizador.

Refiriéndose ahora a las FIGS. 1A y 1B, se ilustra un sistema 100 para extraer el moteado de una fuente de luz coherente, tal como la luz láser. El sistema 100 puede comprender un visualizador 110, una unidad de control 120, una fuente de luz coherente 130, tal como una fuente de luz láser, un dispositivo de formación de imágenes 140, tal como una cámara que puede estar en comunicación electrónica con la unidad de control 120 y/o la fuente de luz 130, un dispositivo endoscópico 150, un manojo de fibra óptica 160, y un mecanismo vibratorio 170.

Como se muestra en la FIG. 1A, un sensor de imagen 142 se ubica en un extremo distal del dispositivo endoscópico 150, como se detalla con más detalle a continuación. En la implementación de la FIG. 1B, el sensor de imagen 142 puede ubicarse en el dispositivo de imagen 140.

Refiriéndose ahora a Las FIGS. 2 y 3, se ilustra el mecanismo vibratorio 170 para extraer el moteado de la fuente de luz coherente 130. El mecanismo vibratorio 170 puede comprender un conector 172, un dispositivo vibratorio 174, una cavidad 176 formada dentro del conector 172 para recibir y sostener el dispositivo vibratorio 174 en el mismo, y un manguito 178. Se apreciará que el manguito 178 puede comprender un único manguito 178, o una pluralidad de manguitos 178, tal como un primer manguito 178a y un segundo manguito 178b. El primer manguito 178a y el segundo manguito 178b pueden utilizarse para unir un primer manojo de fibra óptica 160a y un segundo manojo de fibra óptica 160b, respectivamente, como se ilustra en las FIGS. 2 y 3. Se apreciará que el mecanismo vibratorio puede comprender simplemente el dispositivo vibratorio 174 sin apartarse del ámbito de la divulgación. El dispositivo vibratorio 174 puede ser un pequeño motor mecánico, o un cristal piezoeléctrico, oscilador, o componente resonador. Se apreciará que el dispositivo vibratorio 174 puede seleccionarse del grupo que consiste en un pequeño motor mecánico, o un cristal piezoeléctrico, oscilador, o componente resonador.

El mecanismo vibratorio 170 puede ubicarse o colocarse en cualquier lugar a lo largo del manojo de fibra óptica 160. El mecanismo vibratorio 170 causa que la luz que emana de la fuente de luz, tal como la luz láser, pierda coherencia momentáneamente al cambiarse la geometría de su trayectoria. Cuando la nueva trayectoria llegue a reposo, aparecerá un nuevo patrón moteado. La introducción de la vibración o estímulo vibratorio en el manojo de fibra óptica 160 introduce una serie de cambios en la geometría de la trayectoria. La serie de cambios debe realizarse a una frecuencia lo suficientemente alta como para que el patrón moteado observable pueda ser sustancialmente eliminado o extraído, tal que un ojo humano no pueda detectar el patrón moteado cuando el vídeo se emita al visualizador 110.

De acuerdo con la invención, el mecanismo vibratorio 170 se ubica en una unión de dos longitudes de la fibra 160, como se ilustra en las FIGS. 2 y 3. En esta implementación, el mecanismo vibratorio 170 puede estar integrado dentro del conector 172 que actúa para emparejar las dos longitudes de la fibra 160, como se ilustra mejor en Las FIGS. 3.

En una implementación, el mecanismo vibratorio 170 puede emparejarse a una sola ubicación, en lugar de una pluralidad de emplazamientos, a lo largo de una longitud del haz de fibras 160.

En cualquier implementación, un amortiguador de vibraciones puede ser utilizado para minimizar la vibración experimentada por el usuario. El amortiguador de vibraciones puede ubicarse en cualquier lugar a lo largo del manojo de fibra óptica para reducir la amplitud de las oscilaciones o vibraciones de modo que el usuario del dispositivo de formación de imágenes no experimente ni reciba las oscilaciones o vibraciones.

En una implementación no de acuerdo con la invención, el mecanismo vibratorio 170 puede comprender un dispositivo vibratorio 174 que puede estar unido solamente al manojo de fibra óptica 160. En esta implementación, el dispositivo vibratorio 174 está unido directamente al manojo de fibra óptica 160 sin conectores o partes intervinientes como se ilustra mejor en Las FIGS. 4 y 5. En esta implementación, el dispositivo vibratorio 174 puede ser un pequeño motor mecánico, un cristal piezoeléctrico, un oscilador, y un componente resonador. Se apreciará que el dispositivo vibratorio 174 de esta implementación puede seleccionarse desde el grupo que consiste en un motor mecánico pequeño, o un cristal piezoeléctrico, un oscilador, o un componente resonador.

El dispositivo de formación de imágenes 140 del sistema 100 para extraer el moteado de un cuadro de imagen de un sitio quirúrgico puede comprender el sensor de imagen 142, en el que el sensor de imagen comprende una formación de píxeles 144. Similarmente, el sensor de imagen 142 puede ubicarse en una porción distal del dispositivo endoscópico 150. Se apreciará que el dispositivo endoscópico 150 de la divulgación puede ser cualquier dispositivo endoscópico adecuado que se conozca o que pueda llegar a conocerse en el futuro que pueda utilizarse en una configuración quirúrgica sin apartarse del ámbito de la divulgación.

La fuente de luz coherente 130 para proporcionar luz a un sitio quirúrgico puede ser cualquier fuente de luz coherente adecuada que se conozca o que pueda conocerse en el futuro que pueda utilizarse en una configuración quirúrgica sin apartarse del ámbito de la divulgación. Se apreciará que el manojo de fibra óptica 160 puede conectarse a la fuente de luz coherente 130 y al dispositivo endoscópico 150 como se ilustra en las FIGS. 1A y 1B. Se apreciará que cualquier manojo de fibra óptica adecuado que se conozca o que pueda conocerse en el futuro que pueda utilizarse en una configuración quirúrgica puede utilizarse mediante la divulgación sin apartarse del ámbito de la divulgación.

La unidad de control 120 puede comprender circuitos para enviar datos al sensor de imagen 142 y recibir datos desde el sensor de imagen 142 para crear un cuadro de imagen de la zona quirúrgica. La unidad de control 120 puede ser cualquier unidad de control adecuada conocida o que pueda conocerse en el futuro que pueda utilizarse en una configuración quirúrgica sin apartarse del ámbito de la divulgación. Similarmente, el visualizador de la divulgación permite a un usuario visualizar la zona quirúrgica y puede ser cualquier visualizador adecuado conocido o que pueda conocerse en el futuro que pueda utilizarse en una configuración quirúrgica sin apartarse del ámbito de la divulgación.

Se apreciará que el dispositivo de formación de imágenes 140 del sistema 100 puede estar en comunicación electrónica con la unidad de control 120. En una implementación, el sensor de imagen 142 puede ser un sensor CMOS. En una implementación, el sensor de imagen puede ser un sensor CCD.

Se apreciará que la divulgación anterior puede aplicarse a cualquier sistema de visualización de CMI o endoscopia que utilice una fuente de luz basada en láser, incluyendo un sistema reutilizable convencional, un sistema de uso limitado o reutilizable, o un sistema de un solo uso. Esto también es aplicable para fuentes de luz láser blanca o de color dentro del espectro visible o fuera del espectro visible.

Refiriéndose ahora a las FIGS. 6-9B, se apreciará que los principios y enseñanzas de la divulgación pueden aplicarse a muchos sistemas endoscópicos y de formación de imágenes diferentes. Por ejemplo, el mecanismo vibratorio 170 utilizado para extraer el moteado puede utilizarse en combinación con un sensor de imagen monocromo y una fuente de luz láser pulsante. La FIG. 6 ilustra una vista esquemática de un sensor emparejado y un emisor electromagnético en operación para utilizar en la producción de una imagen en un entorno con deficiencia de luz. Tal configuración permite aumentar la funcionalidad en entornos controlados por luz o deficientes en luz ambiental. Nótese que, tal como se utiliza en el presente documento, el término "luz" es tanto una partícula como una longitud de onda, y pretende denotar la radiación electromagnética que es detectable por una formación de píxeles, y puede incluir longitudes de onda de los espectros visibles y no visibles de la radiación electromagnética. El término "partición" se utiliza aquí para significar un rango predeterminado de longitudes de onda del espectro electromagnético que es menor que el espectro entero, o, en otras palabras, longitudes de onda que realizan alguna porción del espectro electromagnético. Un emisor puede ser una fuente de luz controlable en cuanto a la porción del espectro electromagnético que se emite, la intensidad de las emisiones o la duración de la emisión, o las tres cosas. Un emisor puede emitir luz en cualquier emisión titulada, difusa o en columnas y puede controlarse digitalmente o mediante métodos o sistemas analógicos.

Una formación de píxeles de un sensor de imagen puede emparejarse electrónicamente con un emisor, tal que estén sincronizados durante la operación tanto para la recepción de las emisiones como para los ajustes realizados dentro del sistema. Como puede verse en la FIG. 6, un emisor puede sintonizarse para emitir radiación electromagnética en forma de láser, que puede pulsarse para iluminar un objeto. De acuerdo con la invención, el emisor emite pulsos a un intervalo que corresponde a la operación y funcionalidad de una formación de píxeles. El emisor pulsa luz en una pluralidad de particiones electromagnéticas, tal que la formación de píxeles recibe energía electromagnética y produce un conjunto de datos que se corresponde (en tiempo) con cada partición electromagnética específica. Por ejemplo, La FIG. 6 ilustra un sistema teniendo una formación de píxeles monocromática (blanco y negro), que es simplemente sensible a la radiación electromagnética de cualquier longitud de onda. El emisor de luz ilustrado en la figura puede ser un emisor láser capaz de emitir una partición electromagnética verde, una partición electromagnética azul y una partición electromagnética roja en cualquier secuencia deseable. Se apreciará que en la FIG. 6 pueden utilizarse otros emisores de luz sin apartarse del ámbito de la divulgación, tales como emisores basados en tecnología digital que crean un patrón moteado. Durante la operación, a los datos creados por el sensor monocromático para cualquier pulso individual se les asigna una partición de color específica, en el que la asignación se basa en el tiempo de la partición de color pulsada desde el emisor. A pesar de que los píxeles no están dedicados al color, se les puede asignar un color para cualquier conjunto de datos dado basándose en la temporización. En una implementación, tres conjuntos de datos que representan los pulsos ROJO, VERDE y AZUL pueden entonces combinarse para formar un solo cuadro de imagen. Se apreciará que la divulgación no se limita a ninguna combinación de colores particular ni a ninguna partición electromagnética particular, y que puede utilizarse cualquier combinación de colores o cualquier partición electromagnética en lugar de ROJO, VERDE y AZUL, como Cian, Magenta y Amarillo, Ultravioleta, infrarrojo, o cualquier otra combinación de colores, incluyendo todas las longitudes de onda visibles y no visibles, sin apartarse del ámbito de la divulgación. En la figura, el objeto que se va a representar contiene una porción roja, una porción verde y una porción azul. Como se ilustra en la figura, la luz reflejada desde los pulsos electromagnéticos sólo contiene los datos desde la porción del objeto teniendo el color específico que corresponde a la partición de color pulsada. Estos conjuntos de datos de color (o intervalo de color) separados pueden entonces utilizarse para reconstruir la imagen mediante la combinación de los conjuntos de datos.

La divulgación también se preocupa por una solución de sistema para aplicaciones de endoscopia en las que el sensor de imagen se encuentra en el extremo distal del endoscopio. En la búsqueda de un sistema basado en un sensor de área mínima, hay otros aspectos de diseño que también pueden desarrollarse, más allá de la reducción del conteo de píxeles. En particular, el área de la porción digital del chip debe reducirse al mínimo, al igual que el número de conexiones al chip (almohadillas). Esto implica el diseño de un sensor de imagen CMOS totalmente personalizado con varias características novedosas.

Se apreciará que la divulgación puede utilizarse con cualquier sensor de imagen, ya sea un sensor de imagen CMOS o un sensor de imagen CCD, sin apartarse del ámbito de la divulgación. Además, el sensor de imagen puede ubicarse en cualquier lugar dentro del sistema global, incluyendo, pero sin apartarse del ámbito de la divulgación, la punta del endoscopio, la pieza de mano del dispositivo o cámara de imagen, la unidad de control o cualquier otro lugar dentro del sistema.

Las implementaciones de un sensor de imagen que pueden ser utilizadas mediante la divulgación incluyen, pero no se limitan a, los siguientes, que son meramente ejemplos de varios tipos de sensores que pueden ser utilizados mediante la divulgación.

Refiriéndose ahora a las FIGS. 7A y 7B, las figuras ilustran una vista en perspectiva y una vista lateral, respectivamente, de una implementación de un sensor monolítico 700 teniendo una pluralidad de formaciones de pixeles para producir una imagen tridimensional de acuerdo con las enseñanzas y principios de la divulgación. Tal implementación puede ser deseable para la captura de imagen tridimensional, en el que las dos formaciones de pixeles 702 y 704 pueden ser desplazadas durante su utilización. En otra implementación, una primera formación de pixeles 702 y una segunda formación de pixeles 704 pueden estar dedicadas a recibir un rango predeterminado de longitudes de onda de radiación electromagnética, en el que la primera formación de pixeles 702 está dedicada a un rango diferente de longitudes de onda de radiación electromagnética que la segunda formación de pixeles 704.

Las FIGS. 8A y 8B ilustran una vista en perspectiva y una vista lateral, respectivamente, de una implementación de un sensor de imagen 800 construido sobre una pluralidad de sustratos. Como se ilustra, una pluralidad de columnas de píxeles 804 que forman la formación de píxeles se ubican en el primer sustrato 802 y una pluralidad de columnas de circuito 808 se ubican en un segundo sustrato 806. También se ilustran en la figura la conexión eléctrica y la comunicación entre una columna de píxeles con su columna de circuitos asociada o correspondiente. En una implementación, un sensor de imagen, que de otra manera podría ser fabricado con su formación de pixeles y los circuitos de soporte en un solo sustrato/chip monolítico, puede tener la formación de pixeles separada de todos o de la mayoría de los circuitos de soporte. La divulgación puede utilizar al menos dos sustratos/chips, que se apilarán juntos utilizando tecnología de apilamiento tridimensional. El primero 802 de los dos sustratos/chips puede procesarse utilizando un proceso CMOS de imagen. El primer sustrato/chip 802 puede comprender una formación de píxeles exclusivamente o una formación de píxeles rodeada mediante circuitos con limitaciones. El segundo sustrato/chip 806 puede ser procesado utilizando cualquier proceso, y no tiene por qué ser de un proceso CMOS de imagen. El segundo substrato/chip 806 puede ser, pero no está limitado a, un proceso digital altamente denso con el fin de integrar una variedad y numero de funciones en un espacio o área muy limitada en el substrato/chip, o un proceso de modo mixto o analógico con el fin de integrar por ejemplo funciones analógicas precisas, o un proceso RF con el fin de implementar capacidad inalámbrica, o MEMS (Sistemas microelectromecánicos) con el fin de integrar dispositivos MEM<s>. El sustrato/chip CMOS 802 de imagen puede apilarse con el segundo o posterior sustrato/chip 806 utilizando cualquier técnica tridimensional. El segundo sustrato/chip 806 puede soportar la mayor parte, o una mayoría, de la circuitería que de otra manera se habría implementado en el primer chip CMOS de imagen 802 (si se implementa en un sustrato/chip monolítico) como circuitos periféricos y por lo tanto tener aumentada el área total del sistema mientras se mantiene el tamaño de la formación de pixeles constante y optimizado en la mayor extensión posible. La conexión eléctrica entre los dos sustratos/chips puede realizarse a través de interconexiones 803 y 805, que pueden ser enlaces por cable, bulto y/o TSV (a través de Silicio).

Las FIGS. 9A y 9B ilustran una vista en perspectiva y una vista lateral, respectivamente, de una implementación de un sensor de imagen 900 teniendo una pluralidad de formaciones de pixeles para producir una imagen tridimensional. El sensor de imagen tridimensional puede construirse sobre una pluralidad de sustratos y puede comprender la pluralidad de formaciones de píxeles y otros circuitos asociados, en el que una pluralidad de columnas de píxeles 904a que forman la primera formación de píxeles y una pluralidad de columnas de píxeles 904b que forman una segunda formación de píxeles se ubican en sustratos 902a y 902b, respectivamente, y una pluralidad de columnas de circuitos 908a y 908b se ubican en un sustrato 906 separado. También se ilustran las conexiones y comunicaciones eléctricas entre columnas de píxeles a columnas de circuitos asociadas o correspondientes.

Se apreciará que las enseñanzas y principios de la divulgación pueden utilizarse en una plataforma de dispositivo reutilizable, una plataforma de dispositivo de uso limitado, una plataforma de dispositivo de uso reutilizable, o una plataforma de dispositivo de uso único/desechable sin apartarse del ámbito de la divulgación. Se apreciará que en una plataforma de dispositivo reutilizable un usuario final es responsable de la limpieza y esterilización del dispositivo. En una plataforma de dispositivos de uso limitado, el dispositivo puede utilizarse durante un determinado número de veces antes de que deje de funcionar. Un dispositivo nuevo típico se entrega estéril y para usos adicionales se requiere que el usuario final lo limpie y esterilice antes de utilizarlo. En una plataforma de dispositivos de uso reutilizable, un tercero puede reprocesar el dispositivo (por ejemplo, limpia, empaqueta y esteriliza) un dispositivo de un solo uso para usos adicionales a un coste inferior al de una unidad nueva. En una plataforma de dispositivos de un solo uso/desechables, se proporciona un dispositivo estéril al quirófano y se utiliza una sola vez antes de desecharlo.

Adicionalmente, las enseñanzas y principios de la divulgación pueden incluir todas y cada una de las longitudes de onda de la energía electromagnética, incluyendo los espectros visibles y no visibles, tales como infrarrojo (IR), ultravioleta (UV) y rayos X.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (100) para extraer el moteado de un cuadro de imagen de una zona quirúrgica que comprende:

un dispositivo endoscópico (150) que comprende un extremo distal;

un dispositivo de formación de imágenes (140) que comprende un sensor de imágenes CMOS (142), en el que el sensor de imágenes CMOS comprende una formación de píxeles (144) situada en el extremo distal del dispositivo endoscópico;

una fuente de luz coherente pulsante (130) para proporcionar luz a una zona quirúrgica, en el que la fuente de luz coherente pulsante se pulsa a un intervalo que corresponde en tiempo a la operación y funcionalidad de la formación de píxeles del sensor de imagen CMOS;

una unidad de control (120) que comprende circuitos para enviar datos al sensor de imagen CMOS y recibir datos desde el sensor de imagen CMOS para crear un cuadro de imagen del sitio quirúrgico; un visualizador (110) que permite a un usuario visualizar la zona quirúrgica;

un primer manojo de fibra óptica (160a) conectado a la fuente de luz coherente pulsante;

un segundo manojo de fibra óptica (160b) conectado al primer manojo de fibra óptica en una unión; y un mecanismo vibratorio (170) ubicado en la unión que causa que la luz pierda coherencia momentáneamente al cambiar la geometría de su trayectoria, extrayendo así sustancialmente cualquier moteado del cuadro de la imagen de la zona quirúrgica;

en el que la fuente de luz coherente pulsante se pulsa en una pluralidad de particiones electromagnéticas, tal que el conjunto de píxeles recibe energía electromagnética y produce un conjunto de datos que se corresponde en el tiempo con cada una de la pluralidad de particiones electromagnéticas.

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que la introducción de un estímulo de vibración en el primer y segundo manojo de fibra óptica (160a, 160b) introduce una serie de cambios en la geometría de la trayectoria;

en el que opcionalmente la serie de cambios se realiza a alta frecuencia de modo que el patrón moteado observable se extrae sustancialmente, tal que un ojo humano no puede detectar el patrón moteado cuando el vídeo se emite al visualizador (110).

3. El sistema de la reivindicación 1, en el que el dispositivo de formación de imágenes (140) está en comunicación electrónica con la unidad de control (120).

4. El sistema de la reivindicación 1, en el que el conjunto de datos producido por la formación de píxeles (144) para cada una de la pluralidad de particiones electromagnéticas corresponde a una partición de color específica, y en el que la pluralidad de conjuntos de datos se combina para construir el cuadro de imagen.

5. El sistema de la reivindicación 1, en el que el mecanismo vibratorio (170) comprende un conector (172), un dispositivo vibratorio (174), una cavidad (176) formada dentro del conector para recibir y sostener en ella el dispositivo vibratorio, y un manguito (178);

en el que opcionalmente el dispositivo vibratorio (174) se selecciona de un grupo que consiste en un pequeño motor mecánico, un cristal piezoeléctrico, un oscilador, y un componente resonador; o

en el que opcionalmente el manguito (178) es una pluralidad de manguitos que comprenden un primer manguito (178a) y un segundo manguito (178b) para unir al primer manojo de fibra óptica (160a) y al segundo manojo de fibra óptica (160b) respectivamente.

6. El método para extraer el moteado de un cuadro de imagen de una zona quirúrgica comprende:

iluminar una zona quirúrgica con una fuente de luz coherente pulsante (130), en el que la fuente de luz coherente pulsante se pulsa en un intervalo que corresponde en el tiempo a la operación y funcionalidad de una formación de píxeles (144) de un sensor de imagen CMOS (142), en donde la fuente de luz coherente pulsante pulsa luz en una pluralidad de particiones electromagnéticas tal que la formación de píxeles del sensor de imagen CMOS recibe energía electromagnética y produce un conjunto de datos que corresponde en el tiempo con cada una de la pluralidad de particiones electromagnéticas, en el que la fuente de luz coherente pulsante está conectada a un primer manojo de fibra óptica (160a), un segundo manojo de fibra óptica (160b) conectado al primer manojo de fibra óptica en una unión, y en el que el segundo manojo de fibra óptica está conectado a un dispositivo endoscópico (150); enviar los conjuntos de datos desde el sensor de imagen CMOS a una unidad de control (120) en la que los conjuntos de datos representan un cuadro del sitio quirúrgico, y en la que los conjuntos de datos se generan a partir de la luz recibida dentro de la formación de píxeles del sensor de imagen CMOS, y en la que el sensor de imagen CMOS se ubica en el extremo distal del dispositivo endoscópico; recibir el conjunto de datos desde el sensor de imagen CMOS en la unidad de control; crear un cuadro de imagen de la zona quirúrgica en la unidad de control;

visualizar el cuadro de imagen de la zona quirúrgica, lo que permite al usuario visualizar la zona quirúrgica;

hacer vibrar el primer y segundo manojo de fibra óptica con un mecanismo vibratorio (170) situado en la unión, causando así que la luz pierda coherencia momentáneamente al cambiarse la geometría de su trayectoria; y

extraer sustancialmente cualquier moteado del cuadro de la imagen de la zona quirúrgica.

7. El método de la reivindicación 6, en el que el paso de vibrar comprende la introducción de un estímulo de vibración en el primer y segundo manojo de fibra óptica (160a, 160b) creando así una serie de cambios en la geometría de la trayectoria;

en el que opcionalmente la serie de cambios se realiza a una frecuencia alta de modo que el patrón moteado observable se extrae sustancialmente, tal que un ojo humano no puede detectar el patrón moteado cuando el vídeo se emite a un visualizador (110).

8. El método de la reivindicación 6, en el que enviar el conjunto de datos desde el sensor de imagen CMOS (142) a la unidad de control proporciona un dispositivo de formación de imágenes (140) que está en comunicación electrónica con la unidad de control (120), en el que el dispositivo de formación de imágenes comprende el sensor de imagen CMOS.

9. El método de la reivindicación 6, en el que el conjunto de datos desde la formación de píxeles (144) para cada una de la pluralidad de particiones electromagnéticas corresponde a una partición de color específica, y en el que la pluralidad de conjuntos de datos se combina para construir el cuadro de imagen.

10. El método de la reivindicación 6, en el que el mecanismo vibratorio comprende un conector (172), un dispositivo vibratorio (174), una cavidad (176) formada dentro del conector para recibir y sostener en ella el dispositivo vibratorio, y un manguito (178);

en el que opcionalmente el dispositivo vibratorio (174) se selecciona de un grupo consistente en un pequeño motor mecánico, un cristal piezoeléctrico, un oscilador y un componente resonador; o

11 El método de la reivindicación 9, en el que al conjunto de datos desde la formación de píxeles (144) para cada una de la pluralidad de particiones electromagnéticas se le asigna una partición de color específica, y en el que la asignación se basa en el tiempo de la partición electromagnética desde la fuente de luz coherente pulsante (130).

12. El sistema de la reivindicación 1, en el que el conjunto de datos producidos por la formación de píxeles (144) para cada una de la pluralidad de particiones electromagnéticas se le asigna una partición de color específica, y en el que la asignación se basa en el tiempo de la partición electromagnética procedente de la fuente de luz coherente pulsante (130).