微创手术系统中的双光路棱镜与摄像机的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年6月22日、名称为"微创手术系统中的双光路棱镜与摄像 机"的中国专利申请201180031971.7的分案申请。
[0002] 相关申请的交叉参考
[0003] 本申请要求在2010年7月2日提交的由发明人Ian McDowall命名为"DUAL OPTICAL PATH PRISM AND CAMERA IN A MINIMA化Υ INVASIVE SURGICAL SYSTEM"的美国临时申请 No.61/361372的优先权和利益，该申请全部内容包含在此W供参考。
技术领域
[0004] 本发明各方面设及内窥镜成像，并且更具体地设及同时聚焦可见光图像和近红外 图像或者紫外图像。
【背景技术】
[000引加利福利亚Sunnyvale的直观外科手术公司出售的daVinci饭手术系统是微创远 程操作手术系统，其为患者提供许多好处，比如降低对身体的创伤、加快术后恢复和缩短住 院时间。daVinci饭手术系统的一个重要组成部分是提供可视图像的双通道（即左和右)视 频采集和显示从而为外科医生提供立体观察的能力。
[0006] 运种电子立体成像系统可W向外科医生输出高清晰度视频图像，并且可W允许例 如改变焦距W提供一种"放大"视图的特征，该特征允许外科医生识别特定的组织类型和特 性，并且W增加的精确度工作。然而，在典型的外科手术领域中，难W确定某些组织类型，或 者其他组织可能至少部分地遮挡感兴趣的组织。运使手术程序变复杂。
[0007] 在一些应用中，近红外光谱中的巧光图像和反射的白光图像被用于微创手术中。 但是，近红外巧光图像的后焦距与反射的白光图像的后焦距不同。因此，当从一种操作模式 或者从另一种模式转换时，需要调焦。当同时观察近红外巧光图像和反射的白光图像时，内 窥镜和摄像机中的典型的光学器件不会同时提供两种图像的焦点。在紫外光谱中同样也会 出现类似的情形。
[000引在2010年4月15日公开的国际公开号W02010/042522A1的申请中提出一种解决不 同波长图像的焦平面差异的方案。该方法使用包括由不同材料制成的截面的棱镜，其中不 同的材料具有不同的折射率。二向色涂层被设置在截面之间的对角线表面上，W便对角线 表面的一半涂覆有短波通过涂层(skxrt pass coating),该短波通过涂层透射可见光且反 射近红外光。对角线表面的另一半涂覆有长波通过涂层，该长波通过涂层透射近红外光且 反射可见光。
[0009]该方法适用于小的焦点差异。然而，由于所需的棱镜尺寸变得过大，所W该方法对 于较大的焦点差异是不实际的。该方法还需要实际较大的摄像机，由于较大的摄像机组件 导致图像路径变得有些横向偏置。该方法还需要找出具有准确地"校正"指数和阿贝数/色 散数的两种材料W满足设计。存在很有限数量的合适的材料，所W解决方案可能不可行。该 方法也无法校正更多的一般的光学像差。
【发明内容】
[0010] 在一个方面中，内窥摄像机被配置为聚焦图像中的一个之后，恰当地聚焦可见和 非可见光图像。在一个方面中，摄像机包括棱镜元件，其中棱镜元件内具有透镜。透镜校正 在近红外的感兴趣的波长范围处由内窥镜光学器件产生的纵向巧由向）颜色，W便可见光图 像和近红外图像均进入摄像机中的成像传感器的焦点。摄像机内的图像捕获装置和聚焦光 学器件可W保持不变。
[0011] 在本文中使用的术语巧光在近红外光谱中发射光，但是运仅是示例说明性的，而 不意图限制。鉴于该公开，巧光能够经过处理在近红外光谱或者在紫外光谱内发射光。
[0012] 透过没有被刻意设计成具有良好的性能的光学器件的近红外成像很可能在近红 外内表现出轴向色像差和其他的光学像差。棱镜元件中的透镜也可减轻一些其他的像差。
[0013] 在一个方面中，棱镜元件中的透镜是可换的/可变的，W便能够使用带有内窥镜的 摄像机，其中内窥镜具有不同的光学特性。在另一方面中，透镜形成于棱镜元件内的两个相 邻棱镜面中。可替换地，在可替换路径中，曲面能够在棱镜的斜角边面上。在又一个方面中， 使用衍射元件代替透镜。
[0014] 在另一方面中，在一个示例中，非可见光是巧光，可见光包括白光的可见成分。在 再一个方面，巧光是近红外巧光。
[0015] 方法包括从微创手术器械接收光，其包括可见光和非可见光。可见光与非可见光 分开。
[0016] 在该方法中，可见光和非可见光中的一个透过透镜。透镜校正由可见光和非可见 光中的一个形成的图像的焦点，W便产生可见和非可见光图像的光学器件的整个系统焦距 (在被成像的波长处测得）大致相同，因此产生由可见光和非可见光形成的图像的合理焦 点。
[0017] 同样，在该方法中，来自透镜的可见光和非可见光中的一个与可见光和非可见光 中的另一个重组。经重组的可见光和非可见光被聚焦。
[001引在本方法的另一方面中，可见光和非可见光中的一个透过透镜。透镜校正由可见 光和非可见光中的一个形成的图像的焦点，W便图像的焦点与由可见光和非可见光中的另 一个形成的图像的焦点大致相同。来自透镜的可见光和非可见光中的一个与可见光和非可 见光中的另一个重组。
[0019] 在本方法的又一个方面中，可见光和非可见光中的一个透过透镜。透镜修改由可 见光和非可见光中的一个形成的图像的像差，W便感知的图像焦点与由可见光和非可见光 中的另一个形成的图像的焦点相同。来自透镜的可见光和非可见光中的一个与可见光和非 可见光中的另一个重组。
[0020] 微创手术系统包括摄像机，其包括棱镜元件，其中棱镜元件内具有透镜。在一个方 面中，使用衍射元件代替透镜。透镜校正由可见光和非可见光中的一个形成的图像的焦点， W便该图像的焦点与透过棱镜元件的可见光和非可见光中的另一个形成的另一个图像的 焦点大致相同。
[0021] 棱镜元件包括具有通过反射涂层的第一表面。涂层使可见光和非可见光中的另一 个通过涂层，并且反射可见光和非可见光中的一个。
[0022] 棱镜元件还包括第二表面，该第二表面与第一表面相对且分离，并且具有反射涂 层。
[0023] 棱镜元件包括多个棱镜。在一个方面中，透镜形成在多个棱镜中的两个相邻棱镜 面中。
[0024] 在又一个方面中，微创手术系统包括具有成像平面和焦点校正组件的摄像机。焦 点校正组件包括第一光学路径、包含透镜的第二光学路径、共同的起始位置W及共同的结 束位置。第二光学路径的长度比第一光学路径的长度更长。
[0025] 参考摄像机配置和定位焦点校正组件，W便第一光谱中的光和第二光谱中的光均 聚焦在成像平面上，从而形成在成像平面上基本焦点对准的可见光图像和非可见光图像， 其中第一光谱中的光从起始位置通过第一光学路径到达结束位置，第二光谱中的光从起始 位置通过第二光学路径到达结束位置。
【附图说明】
[0026] 图1示出微创远程操作手术系统的高度示意性视图，其中该手术系统包括具有对 可见光图像和非可见光图像有共同焦点的内窥摄像机。
[0027] 图2示出现有的内窥摄像机的方框图。
[0028] 图3示出新型摄像机的方框图，其中该摄像机包括具有透镜的棱镜元件、聚焦透镜 组、CCD棱镜体W及CCD。
[0029] 图4A示出来自第一内窥镜的可见光和非可见光图像的聚焦特性图。
[0030] 图4B示出来自第二内窥镜的可见光和非可见光图像的聚焦特性图。
[0031] 图5示出棱镜元件的一个示例的更详细说明。
[0032] 图6A至图6E示出图5所示棱镜元件的操作。
[0033] 图7A至图7E示出棱镜元件的可替换实现方式。
[0034] 在附图中，参考标记的第一个数字指示具有该参考标记的元件首次出现在其中的 附图。
【具体实施方式】
[0035] 如本文使用的，电子立体成像包括使用两个成像通道(即，左和右图像的通道）。
[0036] 如本文使用的，立体光学路径包括用于传输来自组织的光的内窥镜中的两个通道 (例