与成角度的内窥镜一起使用的带有整合式棱镜的观察套管针的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]技术的进步已经导致了对于医疗用途中成像能力的许多改进。已经享用某些最有利进步的一个领域是内窥镜外科手术。这些手术的侵入性可小于传统外科手术，因为它们通过将称作内窥镜的成像装置插入患者体内的小端口中而允许检查(有时治疗)患者的内部身体部分(包括手术部位)。
[0002]通常，为了发起内窥镜手术，首先利用套管针形成通往患者内部感兴趣的手术部位的小端口或路径。更具体地，首先将套管针插入窄的内窥镜管中或插管中。然后用套管针刺穿患者的组织(首先是远侧部分)以到达手术部位。套管针的远侧部分通常终止于相对锐利的尖端(即，插入尖端)，以有利于刺穿组织并到达手术部位。一旦到达手术部位，然后就可将套管针移除，留下插管作为端口。
[0003]当使用套管针刺穿患者的内部组织时，器官或血管可能存在意外破裂的风险。当形成手术的初始端口时尤其如此，因为不能利用穿过另一端口的内窥镜从患者身体内部观察到套管针到患者中的首次插入。
[0004]为了帮助减轻这种首次插入的风险，已经开发出观察套管针，以允许当将套管针插入(即，刺穿患者)并穿过患者的组织至手术部位时观察到其尖端。为了实现这一点，观察套管针通常被配置为具有在它们远侧部分处或其附近的窗口和允许插入内窥镜的中空部分。然后可使用内窥镜来通过窗口观察尖端的插入和穿过患者组织。
[0005]为了提供用于观察尖端的足够视野，通常使用不成角度的(零度)内窥镜而不是成角度的内窥镜来形成初始端口。然而，成角度的内窥镜对于许多内窥镜手术的大多其它部位而言是常用的且是优选的。这使得此类手术使用不成角度的内窥镜变得不方便、成本高并且效率低，尤其当内窥镜是有限使用、可重新设置或单次使用/ 一次性的内窥镜时。
【附图说明】
[0006]参考以下附图描述了本公开的非限制性和非完全性的具体实施，其中除非另外指明，否则在各个视图中类似的附图标号指示类似的部分。参照以下说明和附图将更好地理解本公开的优点，其中:
[0007]图1示出根据至少一个具体实施且根据本公开的教导和原理制造的示例性内窥镜系统；
[0008]图2示出根据至少一个具体实施且根据本公开的教导和原理制造的相连接的成角度的内窥镜装置和观察套管针的示例；
[0009]图3是根据至少一个具体实施且根据本公开的教导和原理制造的示例性相连接的成角度的内窥镜装置和观察套管针的远侧部分的放大详细视图；
[0010]图4示出根据至少一个具体实施且根据本公开的教导和原理的示例性方法；
[0011]图5A和图5B分别示出根据本公开的教导和原理的单片传感器的具体实施的透视图和侧视图，该单片传感器具有多个像素阵列用于产生三维图像；
[0012]图6A和图6B分别示出构建在多个基板上的成像传感器的具体实施的透视图和侧视图，其中形成像素阵列的多个像素列位于第一基板上并且多个电路列位于第二基板上，并且示出一个像素列到其相关联的或对应的电路列之间的电连接和通信；以及
[0013]图7A和图7B分别示出具有多个像素阵列用于产生三维图像的成像传感器的具体实施的透视图和侧视图，其中多个像素阵列和图像传感器构建在多个基板上。
【具体实施方式】
[0014]本公开涉及到用于内窥镜光折射成像方法、装置和系统，该方法、装置和系统允许成角度的内窥镜以便利、有效和更低成本的方式与观察套管针一起使用以在患者体内形成端口，包括内窥镜外科手术的初始端口。在本公开的以下描述中，参考了附图，附图构成本公开的一部分，并且其中以图示的方式示出了可实施本公开的特定具体实施。应当理解，可以利用其它具体实施并做出结构的改变而不脱离本公开的范围。
[0015]需要注意的是，除非上下文清楚地指明，否则在本说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指代物。
[0016]如本文所用，术语“包括(comprising) ”、“包括(including) ”、“包含(containing) ”、“其特征在于(characterized by)”以及它们的语法同等成分是非遍举的或开放式的术语，不排除额外的、未述及的要素或方法步骤。
[0017]所描述的内窥镜光折射成像技术允许成角度的内窥镜以便利、有效和更低成本的方式与观察套管针一起使用以在患者体内形成端口，包括内窥镜外科手术的初始端口。
[0018]在至少一些具体实施中，内窥镜系统的观察套管针和/或成角度的内窥镜可被配置为具有光折射元件，诸如玻璃和/或塑料棱镜。可利用在观察套管针内和/或与观察套管针一起的光折射元件来折射(即，弯曲)通过套管针的窗口进入到套管针的光。更具体地，光折射元件可将入射光的行进方向改变为沿着基本上垂直于内窥镜的偏移角的平面。因此，内窥镜的视野可与观察套管针的窗口的视野基本上对齐。
[0019]在至少一个具体实施中，观察套管针可被配置为具有棱镜，该棱镜与由观察套管针限定的管腔整合在一起或可移除地附接到管腔。另选地或除此之外，成角度的内窥镜可被配置为具有有整合在内窥镜上或可移除地附接到内窥镜的棱镜。
[0020]在至少一个具体实施中，成角度的内窥镜可被配置为具有设置在内窥镜的远侧端部或尖端处和/或其附近的图像传感器。图像传感器可以是例如有源像素传感器的数字电荷耦合器件(CCD)和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)阵列。
[0021]如上所述，内窥镜外科手术的侵入性可小于传统外科手术，因为它们通过将内窥镜插入患者体内的小端口中而允许检查(例如，观察、检测和/或诊断)和/或治疗患者的内部身体部分(即，组织)。
[0022]例如，外科医生可通过将称为腹腔镜的一种类型的内窥镜经端口插入到达患者腹部或盆腔的内部来检查和/或治疗患者。又如，外科医生可能通过将称为关节镜的另一种类型的内窥镜经端口插入到达患者关节(如膝关节)的内部来检查和/或治疗患者。
[0023]内窥镜通常是长而细的物体，其具有定位在内窥镜的远侧端部处和/或其附近的光采集元件(例如，物镜镜头)，以及接收光学图像并将它们转换成能够在显示器上再现的电子图像的成像系统。内窥镜的光采集元件的视野在本文可称为内窥镜的视野。从远侧端部到近侧端部穿过内窥镜的假想线可大体限定内窥镜的轴线。
[0024]如本领域的技术人员所认识和理解的那样，不成角度的内窥镜的光采集元件被设置成基本上垂直于该轴线，使得内窥镜的视野相对于横切内窥镜的轴线而延伸的平面(gp，横切平面)基本上不偏移。这样，远侧端部(S卩，尖端)就不限定相对于横切平面的角度，并且因此看起来是纯的。
[0025]相比之下，成角度的内窥镜的光采集元件未被设置成基本上垂直于它的轴线。而是，光采集元件和远侧端部限定相对于横切平面的角度。该角度可被称为内窥镜的偏移角，偏移角可变化并且可介于约12度至约90度之间。然而，许多内窥镜手术常常使用约30度(即，30度内窥镜)和45度(即，45度内窥镜)的内窥镜偏移角。因此，成角度的内窥镜的视野相对于横切平面是基本上偏移的，并且因此远侧端部看起来是成角度的或尖的。
[0026]大多数内窥镜被设计成使得内窥镜的成像装置或成像传感器的图像传感器被定位在内窥镜的近侧端部处或其附近。例如，图像传感器通常定位在位于内窥镜的近侧端部处和/或其附近的内窥镜的手持件单元中。在这类配置中，光可通过在内窥镜的远侧端部处的光采集元件进入并且沿着内窥镜的轴线朝向图像传感器传播。这种图像传感器可被配置为将由光表示的光学图像转换成电子信号，然后可使用该电子信号在显示器上再现图像。因此，内窥镜需要被配置为具有一组复杂的精确耦合的光学传播部件，来将光传播至图像传感器。
[0027]由于内窥镜的成本通常取决于它的光学器件，因此光学传播部件可显著增加内窥镜的成本(例如，生产成本)。另外，光学传播部件可增加内窥镜的易碎性，因为相对微小的冲击就能轻易损坏这些部件或扰乱它们的相对对齐。这种易碎性需要频繁的、昂贵的修理周期来保持图像质量。因此，移除或减少内窥镜中的光学传播部件将是有利的，至少是因为这将降低内窥镜的成本和易碎性。
[0028]为此，本文描述的内窥镜成像技术允许内窥镜被配置为具有极少或没有光学传播部件，因此与传统内窥镜相比显著减少了内窥镜的成本和易碎性。例如，在一些具体实施中，内窥镜可被配置为具有被定位在内窥镜的远侧端部或尖端处和/或其附近、而不是