多角度后视内窥镜以及操作其的方法
【专利摘要】一种后视内窥镜包括刚性段，所述刚性段具有第一端和第二端以及位于所述第一端与所述第二端之间的腔。所述刚性段具有纵向长度并且限定了纵轴(LAR)。所述内窥镜还包括：柔性段，所述柔性段具有近端和远端，其中，所述近端被耦合到所述刚性段的所述第二端；以及成像单元，所述成像单元具有第一端和第二端以及位于所述第一端与所述第二端之间的腔，所述成像单元的所述第二端被耦合到所述柔性段的所述远端。所述内窥镜的物镜组件包括位于所述成像单元的所述腔内的互补多带带通滤波器(CMBF)对。所述CMBF对穿过其中的经准直的图像射线进行滤波，从而输出经滤波的图像射线。相机或探测器接收所述经滤波的图像射线，并形成对应的视频信息以用于立体成像。
【专利说明】多角度后视内窥镜以及操作其的方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2011年9月27日递交的美国临时专利申请序列号61/539842的权益， 在此通过引用将其整体并入本文。
[0003] 本文描述的发明是在NASA合同下的工作的执行中做出的，并且受公法 96-517 (35USC202)的规定，其中，订约人已选择保留标题。
[0004] 此外，在此通过引用将以下专利或专利申请中的每个整体并入本文：
[0005] (1) Shahinian 的题为 "Remote Manipulator with Eyeballs" 的美国专利 No. 7601119B2,其于2006年4月25日递交，并于2009年10月13日发布；
[0006] (2)Manohara 等人的题为"Endoscope and System and Method of Operation thereof"的美国专利申请公开No. 2009/0187072A1，其于2008年12月18日递交；
[0007] (3) Shahinian 等人的题为 "Stereo Imaging Miniature Endoscope with Single Imaging Chip and Conjugated Multi-Bandpass Filters，'的美国专利申请公开 No. 2011/0115882A1，其于2010年11月15日递交；以及
[0008] (4)美国专利申请序列号13/628788,其于2012年9月27日递交，并且被公 开为Shahinian等人的美国专利申请公开No.，其要求2011年9月27日递交的题为 "Programmable Spectral Sourse and Design Tool for3D Imaging Using Complementary Bandpass Filters"的美国临时专利申请序列号61/539808的优先权。
【技术领域】
[0009] 本系统一般涉及医学成像系统，并且更具体地涉及能够提供前视图和后视图的具 有可调节视角的内窥镜观看系统，以及其操作方法。
【背景技术】
[0010] 微创流程能够包括手术和其他流程，其通常比传统的开放流程（例如开放手术） 侵入性更小。典型的微创手术（MIS)流程通常涉及操纵能够通过开口或切口插入的一个或 多个内窥镜设备以及内窥镜等，以观察手术区（或场）。
[0011] 在微创内窥镜（例如腹腔镜）手术流程期间，外科医师通常利用内窥镜观看手术 场，并由此采集在手术场中的解剖结构的清晰视图。由于微创手术通常是通过小的开口或 切口执行的，因此外科医师不能直接观看手术场，而必须依赖内窥镜以提供手术场的图像。 由于内窥镜所穿过的小的开口或切口通常约为硬币大小，因此内窥镜在手术场内的操作范 围通常受限。此外，由于大多数内窥镜通常提供与后视图相对的向前视线图像，外科医师可 能不得不在微创手术流程期间依赖对手术场的妥协视图。
[0012] 相对于内窥镜，这些设备通常落入两种类型：固定（或刚性）型和柔性型。固定型 通常包括固定体部分，并且柔性型通常包括柔性体部分。
[0013] 关于典型的固定型内窥镜，在该类型的内窥镜上的观看部分（其被用于获得实时 图像）仅提供与后视图（例如朝向内窥镜的把手侧的视图）相对的前视图。因此，典型的 固定型内窥镜仅能够提供操作场的前视图。因此，为了获得手术场的后视图，可能需要将另 一内窥镜插入另一切口。然而，做出另一切口可能并不总是可能的，并且也可能对患者以及 对正被执行的手术流程有不利影响。例如，可能难以或不可能使用第二固定型内窥镜，以在 颅手术期间获得后视图。此外，常规的柔性内窥镜可能不太适合颅手术，因为它们通常仅能 提供大半径弯曲。
[0014] 此外，关于柔性型内窥镜，尽管能够操纵该内窥镜以移动观看部分，但难以确定观 看部分位于何处以及观看部分指向的方向。因此，难以确定柔性型内窥镜的观看取向，并因 此难以确定相对于手术场的空间取向。此外，尽管能够操纵常规柔性型内窥镜以形成弯曲， 但这些弯曲为大半径弯曲，并且不太适合颅MIS流程。因此，柔性型内窥镜可能不适用于在 手术期间观看手术场。
【发明内容】
[0015] 因此，需要能够提供手术场的后视图的内窥镜。本发明的系统、方法、装置和设备 (后文指系统，除非上下文另有指示）的一个目的是克服常规系统和设备的缺点。根据一个 示例性实施例，一种医学成像系统可以包括内窥镜，所述内窥镜包括：具有相对的第一端和 第二端以及位于所述第一端与所述第二端之间的开口的刚性段，所述刚性段限定了纵轴； 把手部分，其被耦合到所述刚性段的第一端，并且具有适合由用户抓握的第一剪刀型把手 和第二剪刀型把手；以及底座部，其具有图像捕获设备，所述底座部位于所述刚性段的所述 第二端并且被耦合到所述剪刀型把手的第一把手，使得所述剪刀型把手中的一个相对于所 述剪刀型把手中的另一个的位移引起图像捕获设备的观看方向的改变。
[0016] 除了或代替在所述内窥镜的近端处的剪刀型把手，可以使用任意其他合适的移动 器件，例如操纵杆，其控制致动器以响应于操作者移动操纵杆而提供所述内窥镜的远端的 移动。所述操纵杆可以在所述内窥镜的近端处和/或无线连接到所述内窥镜的致动器。
[0017] 根据本系统的一个方面，公开一种后视内窥镜，包括：刚性段，其具有第一端和第 二端以及位于所述第一端与所述第二端之间的腔，所述刚性段具有纵向长度并限定了纵轴 (LAR);柔性段，其具有近端和远端，所述近端被耦合到所述刚性段的所述第二端；成像单 元，其具有第一端和第二端以及位于所述第一端与所述第二端之间的腔，所述成像单元的 所述第二端被耦合到所述柔性段的所述远端；物镜组件，其包括位于所述成像单元的所述 腔内的互补多带（例如，三带）带通滤波器（CMBF)对，以对穿过其中的经准直的图像射线 进行滤波，从而输出经滤波的图像射线；以及相机，其接收所述经滤波的图像射线，并形成 对应的视频信息以用于立体成像。
[0018] 设想物镜组件可以包括第一透镜组，其中，由所述第一透镜组准直穿过所述CMBF 对的所述经准直的图像射线。此外，穿过所述CMBF对的所述经准直的图像射线可以具有小 于或等于阈值入射角（ΤΑ0Ι)值的最小入射角（Α0Ι)。而且，所述ΤΑ0Ι可以具有为25度的 值。此外，物镜组件还可以包括第二透镜组，所述第二透镜组接收来自所述CMBF对的所述 经滤波的图像射线，并将所述经滤波的图像射线聚焦在成像平面上。而且，所述相机还可以 包括在所述成像平面处的探测器阵列，所述探测器阵列探测被聚焦在所述成像平面上的所 述经滤波的图像射线，并形成对应的立体图像信息。还设想CMBF对可以被形成在所述第二 透镜组的透镜的表面上和/或被形成在位于所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的双 孔径透镜上，其中，右孔径具有右CMBF并且左孔径具有左CMBF，其中，右CMBF为左DMBF的 补充。
[0019] 根据本系统的另一方面，提供一种形成后视内窥镜以捕获对象的立体图像的方 法，所述方法可以包括以下中的一个或多个动作：获得刚性段，所述刚性段具有第一端和 第二端以及位于所述第一端与第二端之间的腔，所述刚性段具有纵向长度并且限定了纵轴 (LAR);将柔性段耦合到所述刚性段；将成像单元耦合到所述柔性段，所述成像单元具有第 一端和第二端以及位于所述第一端与所述第二端之间的腔；放置物镜组件，所述物镜组件 包括在所述成像单元的所述腔内的互补多带带通滤波器（CMBF)对，所述CMBF被配置为对 入射在其上的图像射线进行滤波并输出对应的经滤波的图像射线；并且将具有传感器阵列 的相机放置在所述腔中并放置到所述CMBF对的第一侧。
[0020] 所述方法还可以包括在所述透镜组件中并且关于所述CMBF的相对侧放置第一透 镜组和第二透镜组的动作，其中，所述第一透镜组被配置为对穿过其中的图像射线进行准 直，并将经准直的图像射线提供给所述CMBF对。而且，所述第一透镜组可以被配置为使得 所述经准直的图像射线具有小于或等于阈值入射角（ΤΑ0Ι)值的最小入射角（Α0Ι)。所述 ΤΑ0Ι值可以为25度。然而，也设想到其他值和/或范围。而且，设想所述第二透镜组可以 被配置为：接收从所述CMBF对输出的所述经滤波的图像射线；并且将所述经滤波的图像射 线聚焦在所述相机的所述传感器阵列上。此外，所述相机可以被配置为处理被聚焦在所述 传感器阵列上的所述图像射线，并形成对应的立体图像信息。所述方法还可以包括在所述 第二透镜组的透镜的表面上形成所述CMBF对，和/或将限制孔径部分放置在所述第一透镜 组与所述第二透镜组之间并在所述限制孔径的表面上形成所述CMBF对的动作。
[0021] 根据本系统的又一方面，公开一种使用后视内窥镜捕获对象的立体图像的方法， 所述后视内窥镜具有物镜组件、限制孔径和相机，所述物镜组件具有第一透镜组和第二透 镜组以及位于所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的互补多带带通滤波器（CMBF)对， 所述相机具有传感器阵列，所述方法可以包括以下动作中的一个或多个：由所述第一透镜 组接收所述对象的图像射线；由所述第一透镜组，准直所接收的图像射线，以形成经准直的 图像射线并将所述经准直的图像射线提供给所述CMBF对；由所述CMBF对，对所述经准直的 图像射线进行滤波，以形成对应的经滤波的图像射线；由所述第二透镜组，将所述经滤波的 图像射线聚焦在所述相机的所述传感器阵列上；以及由所述相机的所述传感器，感测所聚 焦的经滤波的图像射线，并形成对应的立体图像信息。
[0022] 根据所述方法，所述经准直的图像射线可以被提供给所述CMBF对，所述经准直的 图像射线具有小于或等于阈值入射角（ΤΑ0Ι)值的最小入射角（Α0Ι)。此外，所述ΤΑ0Ι值可 以为25度。所述方法还可以包括由所述限制孔径控制所述经准直的图像射线的强度水平 的动作。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 参考附图并且以举例的方式进一步详细解释本发明，其中：
[0024] 图1示出根据本系统的实施例的内窥镜的侧视图；
[0025] 图2为根据本系统的实施例的在图1中示出的内窥镜的示意性框图；
[0026] 图3A为根据本系统的实施例的内窥镜的部分的侧视图；
[0027] 图3B为根据本系统的实施例的内窥镜的部分的侧视图；
[0028] 图3C为根据本系统的实施例的内窥镜的部分的侧视图；
[0029] 图3D为根据本系统的实施例的在图3C中示出的内窥镜的部分的侧视图；
[0030] 图3E为根据本系统的实施例的在图3C中示出的内窥镜的部分的另一侧视图；
[0031] 图4A为根据本系统的实施例的链接对的透视图；
[0032] 图4B为根据本系统的实施例的在中立位置的链接对的透视图；
[0033] 图4C为根据本系统的实施例的链接对的前视图；
[0034] 图4D为根据本系统的实施例的链接对的俯视图；
[0035] 图4E为根据本系统的实施例的图4B的链接对的分解透视图；
[0036] 图4F为根据本系统的实施例的图4B的链接对的分解前视图；
[0037] 图4G为根据本系统的实施例的图4B的链接对的分解侧视图；
[0038] 图4H为根据本系统的实施例的第二链接的侧向透视图；
[0039] 图41为根据本系统的实施例的沿图4F的线41-41取得的第二链接411B的平面 图；
[0040] 图4J为根据本系统的实施例的链接对411的仰视图；
[0041] 图4K为根据本系统的实施例的另一链接对的前视图；
[0042] 图5A为根据本系统的实施例的链接对的分解透视图；
[0043] 图5B为根据本系统的实施例的图5的链接对的分解前视图；
[0044] 图5C为根据本系统的实施例的图5A的所述链接对的分解侧视图；
[0045] 图6为根据本系统的实施例的内窥镜的部分的侧视图；
[0046] 图7为根据本系统的实施例的内窥镜的部分的侧视图；
[0047] 图8为根据本系统的实施例的内窥镜的部分的侧视图；
[0048] 图9A为根据本系统的实施例的链接对的部分的侧视图；
[0049] 图9B为根据本系统的实施例的被旋转90度的链接对的部分的侧视图；
[0050] 图9C为根据本系统的实施例的被旋转45度的链接对的部分的侧视图；
[0051] 图10A为根据本系统的实施例的内窥镜1000的部分的部分剖视透视图；
[0052] 图10B为根据本系统的实施例的内窥镜的部分的剖视侧视图；
[0053] 图10C为根据本系统的实施例的沿线10C-10C取得的内窥镜的CMBF对的前视图；
[0054] 图10D为根据本系统的实施例的另一 CMBF对的前视图；
[0055] 图10E为根据本系统的实施例的，光透射通过理想的互补三带带通CMBF对的谱 图；
[0056] 图11示出流程图，其图示在根据本系统的实施例的内窥镜系统上执行的过程；
[0057] 图12为根据本系统的实施例的透镜阵列的剖视侧视图；
[0058] 图13A为根据本系统的实施例的，具有80度F0V的透镜阵列的光线踪迹；
[0059] 图13B为针对具有80度F0V的透镜阵列的，方波MTF相对特定频率的图的截图；
[0060] 图13C为针对具有80度F0V的透镜阵列的，相对照度相对Y场的图的截图；
[0061] 图14A、图15A、图16A、图17A、图18A和图19A分别示出根据本系统的实施例的， 100、120、130、140、150和/或160度F0V透镜的光线踪迹；
[0062] 图14B、图15B、图16B，以及图17B、图18B和图19B分别示出根据本系统的实施例 的，针对100、120、130、140、150和/或160度FOV透镜的相对照度相对Y场的图；
[0063] 图14C、图15C、图16C、图17C、图18C和图19C分别示出根据本系统的实施例的， 针对100、120、130、140、150和/或160度F0V透镜的相对照度相对Υ场的图；
[0064] 图20示出根据本系统的实施例的系统的部分；并且
[0065] 图21示出被用于控制致动器以定位所述成像单元的代码的部分。
【具体实施方式】
[0066] 下文对特定示范性实施例的描述仅是示范性的，并且不意图以任何方式限制本发 明或其应用或使用。在下文对本系统和方法的实施例的详细描述中，参考了附图，所述附图 形成本系统和方法的部分，并且其中，以图示的方式示出可以在其中实践所描述的系统和 方法的具体实施例。这些实施例得以充分详细地描述，以使得本领域技术人员能够实践当 前所公开的系统和方法，并且应理解，可以利用其他实施例并且可以做出结构和逻辑性的 改变，而不偏离本系统的精神和范围。
[0067] 以下详细的描述因此不被考虑为限制意义，并且本系统的范围仅由权利要求书限 定。附图中的附图标记的（一个或多个）前导数位在本文中通常对应于图号。而且，出于 清楚的目的，当特定特征对本领域技术人员而言是显而易见的时，将不讨论对它们的详细 描述，以不使本系统的描述含糊不清。
[0068] 在一个实施例中，提供用于使用后视内窥镜，系统性地观看可以包括器官的手术 场的系统、装置、设备和/或方法，以便使内窥镜流程标准化，这可以减少手术时间。因此， 医学成本和操作时间可以得以减少，并且护理质量可以得以提升。
[0069] 图1中示出根据本发明的实施例的内窥镜100的侧视图。细长段（或筒状段）102 具有近端102Β和远端102Α以及位于其之间的腔118。细长段102可以限定纵轴（LA)。细 长段102的近端102Β经由机械耦合110被耦合到控制部分，所述控制部分例如包括致动单 元104,并且远端102Α被耦合到柔性部分108。柔性部分108包括以串行方式耦合的多个 链接111。成像单元106具有分别的近端106Β和远端106Α，近端106Β经由柔性部分108 被奉禹合到细长段102。成像单元106包括腔，诸如静态相机或视频相机的图像捕获设备150 位于所述腔中。成像单元106具有纵轴（LAI)，其为了清楚，可以与图像捕获设备106的瞄 准线（L0S) -致。然而，在其他的实施例中，设想所述L0S可以相对于所述LAI改变或不同 于所述LAI。成像单元106可以相对于细长段102关于一个或多个轴旋转（例如参见箭头 109)，以提供如由箭头109图示的后视图像。因此，由所述L0S与所述LA (在一个或多个平 面中）的交叉形成的角（α)可以具有基本上〇至+/-180度的范围。然而，也设想其他范 围，例如0至+/-140度，或者例如，0至+/-图像捕获设备106的半视场（F0V)，如将在其他 地方讨论的，其中，图像捕获设备106的所述F0V为90度，例如，并且因此提供平行于所述 细长段102的纵轴（LA)的后视图。
[0070] 细长段102的近端102Β经由机械耦合110被耦合到控制部分104。机械耦合110 被配置为被耦合到定位联动装置和/或用户接口设备112,例如臂、把手、操纵杆、鼠标、键 盘、触摸板或显示器、和/或任意其他用户接口设备，其中，可以通过所述系统和/或使用用 户接口设备112的用户控制所述定位联动装置的位置。因此，所述机械耦合可以包括适于 耦合到所述定位联动装置的一个或多个表面和/或螺纹区。因此，例如，在特定实施例中， 所述联动装置可以被耦合到机械臂，可以经由上述用户接口设备112中的任意等等，由系 统和/或用户远程控制所述机械臂。然而，在其他的实施例中，设想可以由用户手动操纵和 /或控制所述联动装置，例如也经由用户接口设备112中的任意。尽管机械耦合110位于细 长段102与控制部分104之间，但在其他的实施例中，设想细长段102位于控制部分104与 机械耦合110之间（并且与它们中的每个耦合）。
[0071] 控制器114可以控制内窥镜110的整体操作，并且可以位于控制部分104内或者 可以整体或部分地位于其他地方。控制器114可以包括一个或多个处理器，例如微处理器 或其他逻辑设备，它们可以相对于彼此本地或远程地安放。控制器114可以经由有线和/ 或无线（发射/接收（Tx/Rx))连接，被耦合到致动器116、图像捕获设备150、存储器122、 网络126、和/或用户接口（UI) 112。因此，控制器114、致动器116、图像捕获设备150、存储 器122、网络126和/或用户接口（UI) 112中的一个或多个可以包括发射器和/或接收器。 UI112可以包括诸如显示器、扬声器、触觉设备等的渲染设备中的一个或多个，以为了方便 用户而渲染信息，例如定位信息、设置信息、传感器信息、图像信息（例如，内容等）、定位信 息（例如，用于报告内窥镜100的一个或多个部分的位置）。而且，UI112可以包括用户输 入设备，例如鼠标、触摸板、操纵杆、键盘、触摸屏等。网络126可以包括任意合适的网络，例 如专有网络、局域网（LAN)、广域网（WAN)、因特网、内联网、本地总线等。控制器114可以从 存储器122接收信息，并且可以在其中存储信息（例如，图像信息等）。
[0072] 可以使用任意合适的方法（例如一个或多个销、柔性耦合（例如活动铰链）等）， 将多个链接111(例如，包括形成链接对的第一链接和第二链接）柔性耦合到彼此。可以使 用例如由不锈钢制成的控制线120,控制链接111中的一个或多个相对于彼此的移动，控制 线120被附接到多个链接111中的至少一个对应的链接111以及致动器116。致动器116 可以包括一个或多个致动器（例如，螺线管、电动机、电子控制电路、驱动器等），以在控制 器114的控制下，控制控制线120中的每个的张力和/或位置。例如，如果张紧件为形状记 忆合金（SMA)线，则所述致动器可以包括SMA控制系统，所述SMA控制系统可以从控制器 114接收控制信号，并输出对应的电流和/或电压，以控制一个或多个对应的SMA线的长度 和/或张力。细长段102的纵向长度可以被设置为使得具有针对期望伸展量的足够长度的 控制线可以被放置在细长段102的腔118内，而不折叠所述控制线。在被加热时，所述控制 线可以收缩已知量A sma，已发现在使用Flexinol?作为控制线材料时，当被加热到最大温 度水平时，量Asma为其总长度（L sma)的约3%，这在本系统的操作限制内。此外，假设链接 要求控制线针对所述链接的全偏转，关于其铰链轴（HA)行进距离D_ t(例如从0度到全偏 转），则可以使用以下等式1限定Λ sma、Lsma和D_t之间的关系。
[0073] LSffla*ASffla = Dcont 等式（1)
[0074] 因此，假设链接要求D_t = 3mm并且Λ sma = 3%，则Lsma应被设定为100mm。因此， 可以如此设定细长段102的长度，使得可以使用该期望长度的SMA。然而，如果较短长度的 细长段是优选的，则可以例如通过绕一个或多个张紧带轮缠绕所述SMA来将所述SMA折叠。 此外，所述SMA可以被卷绕，以增大单位线性长度的收缩率。已发现，角度（偏转）与力的 比率可以基本上为线性的。因此，可以使用线性数学方法，由例如所述系统的控制器，容易 地确定角度和/或力。控制线120可以贯穿细长段102的腔118。可以关于一个或多个控 制线120的至少一部分安放环或鞘，以为所述控制线规定路线、绝缘所述控制线、和/或减 少所述控制线与相邻部件之间的摩擦。每个控制线120可以包括具有已知电阻RSMA的形状 记忆合金（SMA)部分221 (例如参见图2)。
[0075] 图2为根据本系统的实施例的在图1中示出的内窥镜100的示意性框图200。致 动器116可以包括多个驱动器258,每个驱动器均包括开关252、电源Vin，以及彼此串联耦 合的限制电阻R。致动器控制器250可以被耦合到控制器114以及驱动器258中的每个。 因此，致动器控制器250可以处理从控制器114接收的信号，并且输出对应的控制信号（例 如，脉宽调制（PWM)信号），以根据从控制器114接收的信号控制对应的驱动器258。所述 PWM控制信号可以被耦合到驱动器258中的对应驱动器258的开关（例如，门G)，以控制由 驱动器258中的对应驱动器258输出的控制功率。从控制器114接收的信号可以包括地址 信息，其可以识别驱动器258中的对应驱动器258以进行控制。因此，致动器控制器250可 以包括可寻址设备（例如，多路复用器（MUX))，以选择驱动器258中的驱动器258以进行控 制。可以提供传感器260,并且传感器260可以包括，例如温度传感器、位置传感器（例如， 旋转位置传感器、取向传感器等）、压力传感器、电流/电压传感器等。传感器260可以向控 制器114和致动器116中的一个或多个提供对应的传感器信息，例如反馈（FDBK)信息（例 如电流/电压反馈）。所述FDBK信息（例如反馈信息的电流反馈信息）可以被控制器114 处理，以调节要被施加在对应的SMA221上的电流和/或电压。
[0076] 驱动器258中的每个的输出（例如，经由源极S或漏极D)被相应地在对应的控制 线120的SMA221的至少一部分上电耦合。每个控制线120被耦合到柱231以防止对应的 控制线120的移动，并在连接123处被耦合到对应的链接111，使得每个链接111包括控制 线120的对。当控制线111的张力增大时，其引起链接111关于其旋转轴（RA)的旋转。每 个控制线111的SMA部分221可以被加热，以引起其长度缩短，并因此增大张力。为了加热 SMA部分221，对应驱动器258可以在被耦合于其的SMA221上施加电流或电压。由于用于 控制SMA线的方法在本领域是已知的，将不提供对其的进一步描述。
[0077] 然而，在其他的实施例中，设想可以使用其他致动方法。例如，可以使用电动机/ 滑轮、线缆驱动的系统、手动系统、齿轮驱动的旋转系统、线性致动器、螺线管、磁性系统等。 [0078] 控制器114可以经由诸如操纵杆213的用户输入设备接收用户输入，处理所述用 户输入，并控制致动器258相应地输出功率。图像捕获设备150可以向控制器114传输内 容，并且控制器114可以在所述系统的诸如显示器213的Π 上渲染所述内容，以方便用户。 此外，控制器114可以将所述内容和/或其他信息（例如，设置、参数、时间、元数据等等） 存储在所述系统的诸如存储器262的存储器上，以供后续使用。
[0079] 图像捕获设备150可以包括用于捕获视频和/或静止图像，和/或用于使用有线 和/或无线方法传输这些捕获的图像的任意合适的设备。因此，图像捕获设备150可以包 括，例如以下中的一个或多个：控制器、互补金属氧化物半导体（CMOS)阵列、电荷耦合器件 (CCD)阵列、一个或多个光学元件、电源、发射器。所述一个或多个光学元件可以根据需要包 括透镜、棱镜、反射镜、以及如在US2011/0115882中描述的CMBF (在此通过引用将其整体并 入本文）以及其他光学元件。在一个实施例中，设想所述图像采集设备可以例如包括焦平 面阵列，例如本领域已知的复合光学细微观测模块（Τ0ΜΒ0)成像系统。在其他的实施例中， 设想所述图像采集设备可以包括封装的实时无线成像装置。在其他的实施例中，设想所述 图像采集设备可以例如包括数字成像相机，例如CMOS和/或CCD探测器。然而，无论使用 那种类型的图像采集设备，所述设备都应被配置并布置为使得在期望时可以获得对应于手 术场的后视图（例如，对应于后方视场）的图像。尽管描述的是无线图像采集设备，也设想 所述图像采集设备可以包括有线的无线传输系统，其可以使用电连接和/或光纤链路传输 采集的图像。
[0080] 关于柔性部分108,该部分包括以模块化方式串行耦合到彼此的多个链接111。每 个耦合的链接对可以具有活动范围（R〇M)，所述活动范围可以由用户和/或系统设定。例 如，一些耦合的链接对可以具有+/-60度的RoM，而其他的可以具有+/10度的范围。此外， 在其他的实施例中，可以采用不对称的R〇M。例如，+180至-20度的RoM，或0度（例如，从 细长段102的纵轴（LA))至约180度或更小的最大度阈值。因此，链接对的RoM可以变化。 此外，可以混合和/或匹配链接对。例如，通过将来自90度RoM链接对的链接与来自45度 RoM链接对的链接组合，可以得到具有（(90+45)/2 = 67. 5度RoM链接对的RoM的链接对。 此外，可以通过将链接对连续地增加到彼此，获得期望的RoM。例如，可以将每个具有+-45 度的RoM的三个链接对连续地附接到彼此，以获得+/-135度RoM。参考图3A至图3E更清 楚地图示该情况，图3A至图3E图示根据本系统的实施例的柔性部分308A-308C的实施例。
[0081] 图21示出根据本系统的实施例的用于控制致动器的程序代码。
[0082] 参考图3A至图3C，柔性部分308A至308C，分别地，将细长段302耦合到远端部分 306。细长段302类似于细长段102,并且远端部分306类似于远端部分106。然而，图3A 至图3E的柔性部分308A至308C，分别地，包括模块化链接311A至311C，其每个分别具有 不同的RoM。此外，柔性部分308A至308C可以每个具有不同数目的链接311。此外，参考 图3A，柔性部分308A可以使用每个具有约+/-45度的RoM的两个链接311A (每个基本上类 似于图1的链接111)提供（例如，远端部分306相对于细长段302的）+/-90度的总体对 称RoM。类似地，参考图3B，柔性部分308B可以使用每个具有约+/-30度的RoM的三个链 接311B提供+/-90度的类似总体RoM。而且，参考图3C至3E，柔性部分308C可以使用，每 个具有在（52度/4度/链接）=+13. 0度与-(49/4) = -12. 25度之间的RoM的四个链接 311C提供在+52度（参见图3D)与-49度（参见图3E)之间的总体不对称RoM。图3C图 示中立位置，其中，远端部分306的纵轴（LA)相对于细长段302为约0度，从而提供前视场 (F0V)，前视场可能为插入到感兴趣体积（V0I)中的期望位置。因此，假设柔性部分是使用 具有总计N个链接的一个或多个链接（i)形成的，则可以使用以下等式2表达柔性部分的 总体RoM。
【权利要求】
1. 一种后视内窥镜，包括： 刚性段，其具有第一端和第二端以及位于所述第一端与所述第二端之间的腔，所述刚 性段具有纵向长度并且限定了纵轴（LAR); 柔性段，其具有近端和远端，所述近端被耦合到所述刚性段的所述第二端； 成像单元，其具有第一端和第二端以及位于所述第一端与所述第二端之间的腔，所述 成像单元的所述第二端被耦合到所述柔性段的所述远端； 物镜组件，其包括位于所述成像单元的所述腔内的互补多带带通滤波器（CMBF)对，所 述互补多带带通滤波器（CMBF)对用于对穿过其中的经准直的图像射线进行滤波，从而输 出经滤波的图像射线；以及 相机，其接收所述经滤波的图像射线，并形成对应的视频信息以用于立体成像， 其中，所述成像单元在所述成像单元的成像器轴沿所述刚性段的纵轴时提供前视图， 并且其中，所述柔性段包括两个链接，所述链接被配置为旋转从而使所述成像器轴变得平 行于所述刚性段的所述纵轴，以提供与所述前视图相对的后视图。
2. 如权利要求1所述的内窥镜，其中，所述物镜组件还包括第一透镜组，其中，穿过所 述CMBF对的所述经准直的图像射线被所述第一透镜组准直。
3. 如权利要求1所述的内窥镜，其中，穿过所述CMBF对的所述经准直的图像射线具有 小于或等于阈值入射角（TAOI)值的最小入射角（AOI)。
4. 如权利要求3所述的内窥镜，其中，所述TAOI值为25度。
5. 如权利要求2所述的内窥镜，其中，所述物镜组件还包括第二透镜组，所述第二透镜 组接收来自所述CMBF对的所述经滤波的图像射线，并将所述经滤波的图像射线聚焦在成 像平面上。
6. 如权利要求5所述的内窥镜，其中，所述相机还包括在所述成像平面处的探测器阵 列，所述探测器阵列探测被聚焦在所述成像平面上的所述经滤波的图像射线，并且形成对 应的立体图像信息。
7. 如权利要求5所述的内窥镜，其中，所述CMBF对被形成在所述第二透镜组的透镜的 表面上。
8. 如权利要求1所述的内窥镜，其中，所述物镜组件还包括关于所述CMBF对定位的第 一透镜组和第二透镜组。
9. 一种形成后视内窥镜以捕获对象的立体图像的方法，所述方法包括以下动作： 获得刚性段，所述刚性段具有第一端和第二端以及位于所述第一端与所述第二端之间 的腔，所述刚性段具有纵向长度并且限定了纵轴（LAR); 将柔性段耦合到所述刚性段； 将成像单元耦合到所述柔性段，所述成像单元具有第一端和第二端以及位于所述第一 端与所述第二端之间的腔； 放置物镜组件，所述物镜组件包括在所述成像单元的所述腔内的互补多带带通滤波器 (CMBF)对，所述CMBF被配置为对入射在其上的图像射线进行滤波，并输出对应的经滤波的 图像射线；并且 将具有传感器阵列的相机放置在所述腔中并且放置到所述CMBF对的第一侧； 其中，所述成像单元在所述成像单元的成像器轴沿所述刚性段的纵轴时提供前视图， 并且其中，所述柔性段包括两个链接，所述连接被配置为旋转从而使所述成像器轴变得平 行于所述刚性段的所述纵轴，以提供与所述前视图相对的后视图。
10. 如权利要求9所述的方法，还包括在所述透镜组件中并且关于所述CMBF的相对侧 放置第一透镜组和第二透镜组的动作，其中，所述第一透镜组被配置为准直穿过其中的图 像射线，并将经准直的图像射线提供给所述CMBF对。
11. 如权利要求10所述的方法，其中，所述第一透镜组被配置为使得所述经准直的图 像射线具有小于或等于阈值入射角（TAOI)值的最小入射角（AOI)。
12. 如权利要求11所述的方法，其中，所述TAOI值为25度。
13. 如权利要求10所述的方法，其中，所述第二透镜组被配置为： 接收从所述CMBF对输出的所述经滤波的图像射线；并且 将所述经滤波的图像射线聚焦在所述相机的所述传感器阵列上。
14. 如权利要求13所述的方法，其中，所述相机被配置为处理被聚焦在所述传感器阵 列上的所述图像射线，并形成对应的立体图像信息。
15. 如权利要求10所述的方法，还包括在所述第二透镜组的透镜的表面上形成所述 CMBF对的动作。
16. 如权利要求10所述的方法，还包括将限制孔径部分放置在所述第一透镜组与所述 第二透镜组之间的动作。
17. 如权利要求16所述的方法，还包括在所述限制孔径的表面上形成所述CMBF对的动 作。
18. -种使用后视内窥镜捕获对象的立体图像的方法，所述后视内窥镜具有物镜组件 和相机，所述物镜组件具有第一透镜组和第二透镜组以及位于所述第一透镜组与所述第二 透镜组之间的互补多带带通滤波器（CMBF)对，所述相机具有传感器阵列，所述物镜组件被 配置为在所述物镜组件的成像器轴沿所述后视内窥镜的刚性段的纵轴时提供前视图，所述 方法包括以下动作： 由所述第一透镜组接收所述对象的图像射线； 由所述第一透镜组，对所接收的图像射线进行准直，以形成经准直的图像射线并将所 述经准直的图像射线提供给所述CMBF对； 由所述CMBF对，对所述经准直的图像射线进行滤波，以形成对应的经滤波的图像射 线. 由所述第二透镜组，将所述经滤波的图像射线聚焦在所述相机的所述传感器阵列上； 由所述相机的所述传感器，感测所聚焦的经滤波的图像射线，并形成对应的立体图像 信息；并且 旋转将所述物镜组件连接到所述刚性段的所述两个链接中的至少一个，从而使所述成 像器轴变得平行于所述刚性段的所述纵轴，以提供与所述前视图相对的后视图。
19. 如权利要求18所述的方法，其中，被提供给所述CMBF对的所述经准直的图像射线 具有小于或等于阈值入射角（TAOI)值的最小入射角（AOI)。
20. 如权利要求18所述的方法，其中，所述TAOI值为25度。
【文档编号】A61B1/005GK104125793SQ201280058194
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2012年9月27日 优先权日:2011年9月27日
【发明者】H·K·沙希尼安, M·J·希恩, H·玛诺哈拉, J·M·曼德里, R·J·科尔尼茨基 申请人:加州理工学院