一种内窥镜及其内窥镜端头的制作方法

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种内窥镜端头。本发明还涉及一种内窥镜。

背景技术：

随着医疗技术的发展，各式各样的医疗设备已得到广泛应用。

内窥镜是一种集成了传统光学、人体工程学、精密机械、现代电子等技术的医疗检测仪器，具有图像传感器、光学镜头、光源照明、机械装置等结构，可以经口腔、鼻腔、肠腔、阴道等天然孔道进入人体内，并利用可见光等照明光线清楚地显示患处病变，有利于疾病的观察、诊断和治疗。

内窥镜通过插入部进入人体内，插入部的外径越小，患者的痛苦就越小，一般的，插入部的最大外径位于内窥镜端头部位，因此内窥镜端头的结构设计对于患者治疗体验尤为重要。

在现有技术中，通常通过两种方法来缩小内窥镜端头的外径，其一是缺省部分功能模块，尽量减小系统组成，其二是优化设计使各模块尺寸紧凑。其中，在第一种方法中，缺省部分功能模块会导致内窥镜缺少相应功能，由于人体内各器官环境不同，对内窥镜的功能要求不同，从而导致该方法适用范围有限。比如，胃肠环境粘液丰富，内窥镜使用过程中头端易沾脏污，影响图像效果，导致医生误诊漏诊，因而其端头必须具备喷嘴组件。在第二种方法中，主要通过缩小镜片直径、减小零件壁厚、选用小尺寸图像传感器等方式缩小端头外径。然而，当前内窥镜用镜片的外径尺寸均在毫米级别，进一步减小镜片尺寸会大幅提高加工难度和成本；零件壁厚为保证结构强度和加工要求，也难以继续减薄；至于图像传感器，目前已发展到背光照度技术，但在尺寸过小时难以形成足够清晰的图像。可见，以上两种方案在现有技术水平下很难再进一步缩小内窥镜端头直径。

因此，如何进一步缩小内窥镜端头直径，减轻患者痛苦，优化内窥镜治疗体验，是本领域技术人员面临的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种内窥镜端头，能够进一步缩小直径，减轻患者痛苦，优化内窥镜治疗体验。本发明的另一目的是提供一种内窥镜。

为解决上述技术问题，本发明提供一种内窥镜端头，包括端头座、设置于所述端头座内的物镜、用于接收透过所述物镜的光线的图像传感器、用于承载所述图像传感器的基板，所述图像传感器包括功能覆盖区和位于其外侧的留白区，所述留白区的若干夹角区域开设有用于为所述端头座让出缩径空间的缺角。

优选地，所述缺角的表面为具有预设曲率的凸弧面。

优选地，所述缺角的表面为具有预设倾角的斜面。

优选地，所述缺角的表面为非规则形状的异形面。

优选地，所述缺角包括与所述端头座的内壁抵接的两个顶角。

优选地，所述端头座内的钳道管与所述图像传感器的中轴线连线的两侧均设有照明部件，且所述缺角还包括分别与对应的所述照明部件的外壁抵接的两个底角。

优选地，各所述照明部件在所述钳道管与所述图像传感器的中轴线连线的两侧对称分布。

优选地，所述图像传感器的对角线不与所述钳道管的任意直径共线。

优选地，所述图像传感器的长边长度大于或等于所述钳道管的直径，且所述图像传感器的长边与两侧的所述照明部件的圆心连线平行。

优选地，所述图像传感器的长边长度小于所述钳道管的直径，且所述图像传感器的长边与两侧的所述照明部件的圆心连线垂直。

优选地，还包括离散分布于所述端头座内的间隙空间中、分别用于定位抵接所述图像传感器的各个侧边的若干个限位凸台。

优选地，所述端头座的内壁和/或所述留白区具有弹性。

优选地，所述功能覆盖区包括用于对光信号进行光电转换的像素阵列区，以及与所述像素阵列区信号连接、用于对生成的电信号进行信号处理的图像处理fpc。

优选地，所述图像传感器的表面形状为非中心对称图形。

优选地，所述图像传感器的表面形状为非轴对称图形。

本发明还提供一种内窥镜，包括插入部和设置于所述插入部头端的内窥镜端头，其中，所述内窥镜端头具体为上述任一项所述的内窥镜端头。

本发明所提供的内窥镜端头，主要包括端头座、物镜、基板和图像传感器。其中，端头座为主体结构，主要用于安装和容纳其余零部件。物镜设置在端头座内，主要用于将端头座外的视野图像通过光线传递至端头座内。基板设置在端头座内，主要用于承载安装图像传感器以及集成图像传感器的驱动电路。图像传感器设置于基板表面，并位于物镜的内端位置处，主要用于接收从外界经过物镜传递而来的光线，并通过现有的图像处理技术感应成图像，以使得端头座外的视野图像可视化、清晰化。图像传感器包括功能覆盖区和留白区。其中，功能覆盖区是指图像传感器的各种功能电路的所在区域，位于图像传感器的中心区域，而留白区是指图像传感器上由于芯片生产制造工艺遗留的无电路的留白区域，围绕在功能覆盖区的外侧。

由于在现有技术中，留白区的夹角区域(例如与端头座的内壁抵接的区域)正是限制端头座内径缩小的关键位置，而本发明在该夹角区域开设了缺角，因此，一方面能够削弱上述关键位置对端头座内径缩小的限制，另一方面，图像传感器的有效面积(功能覆盖区)得到维持，成像效果也得到保障。

只有如本发明在图像传感器的留白区设置缺角，才能够有效缩减端头座的最大直径，其原因在于：若图像传感器的留白区不开设缺角，则要想缩减端头座的最大直径，申请人的研究标明，可以尝试在承载图像传感器的基板上开设类似缺角。但是，如果不在图像传感器的留白区开设缺角而仅仅在基板上开设缺角，则图像传感器的整体尺寸必然要产生相应地缩减，导致成像效果无法保障；如果为了维持成像效果而保持原有图像传感器尺寸，则端头座的最大直径无法得到明显缩减。因此，在图像传感器的留白区开设缺角才能够有效缩减端头座的最大直径。

综上所述，本发明所提供的内窥镜端头，通过在留白区中开设缺角的方式进一步缩小直径，减轻患者痛苦，优化内窥镜治疗体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构纵切剖视图。

图2为图1中所示a-a截面的一种结构示意图。

图3为图1中所示a-a截面的另一种结构示意图。

图4为功能覆盖区与留白区在图像传感器中的分布形式示意图。

图5为缺角的第一种结构示意图。

图6为缺角的第二种结构示意图。

图7为缺角的第三种结构示意图。

图8为缺角的第四种结构示意图。

图9为顶角与底角的一种具体结构示意图。

图10为顶角与底角的另一种具体结构示意图。

图11为限位凸台与图像传感器的定位安装结构示意图。

图12为图像传感器与钳道管在端头座内的第一种分布形式示意图。

图13为图像传感器与钳道管在端头座内的第二种分布形式示意图。

图14为像素阵列区与图像处理fpc在功能覆盖区中的分布形式示意图。

其中，图1—图14中：

端头座—1，物镜—2，图像传感器—3，限位凸台—4，照明部件—5，钳道管—6，端头罩—7，基板—8；

功能覆盖区—31，留白区—32，定位凸起—41；

像素阵列区—311，图像处理fpc—312，缺角—321；

凸弧面—321a，斜面—321b，异形面—321c；

顶角—3211，底角—3212。

具体实施方式

本发明的核心思想是基于在保证图像质量及内窥镜功能的前提下使内窥镜端头的直径尽可能小的原则对内窥镜端头的结构进行改进，主要包括三个层面，分别为对图像传感器中的留白区的改进、对图像传感器中的功能覆盖区的改进，以及对内窥镜端头内的主要零部件的排布设计。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2所示，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构纵切剖视图，图2为图1中所示a-a截面示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，内窥镜端头主要包括端头座1、物镜2、图像传感器3、限位凸台4、照明部件5、钳道管6和基板8。

其中，端头座1为内窥镜端头的主体结构，一般呈圆筒状，主要用于安装和容纳其余零部件。端头座1的前端(或外端)端面开孔，以使内部安装的物镜2和钳道管6等轴向尺寸较长的部件伸出。同时，在端头座1的前端上一般还套设有端头罩7，以对端头座1形成防护和密闭。

物镜2设置在端头座1内部，一般呈圆柱状结构，其两端端面均设置有镜片，并且物镜2的前端延伸至端头罩7处，可将端头座1外的视野图像通过光线(由照明部件5产生并在患者体内反射)传递至端头座1内。基于在保证图像质量及内窥镜功能的前提下使内窥镜端头的直径尽可能小的原则，该物镜2在端头座1内沿其轴向方向分布，即物镜2的轴向与端头座1的轴向平行。

图像传感器3设置在端头座1内部，并且位于物镜2的内端位置处，具体位于物镜2的成像面位置，主要用于接收从外界经过物镜2传递而来的光线，并通过现有的图像处理技术感应成图像，以使得端头座1外的视野图像可视化、清晰化。一般的，图像传感器3具体可采用通过bsi(backsideillumination，背部感光)技术制作的cmos(complementarymetal-oxide-semiconductor，互补金属氧化物半导体)芯片，当然，ccd(charge-coupleddevice，电荷耦合元件)芯片等也同样可以采用。

如图4所示，图像传感器3主要包括功能覆盖区31和留白区32两个部分，其中，功能覆盖区31是指图像传感器3的各种功能电路的所在区域，而留白区32是指图像传感器3上由于芯片生产制造工艺遗留的无电路的留白区域。由于在现有芯片制造技术中，生产的芯片均呈矩形形状，并且芯片中的有效区域(功能覆盖区31)位于中心位置，到芯片的最大尺寸边界至少存在0.02～0.05mm的单边间隙，导致芯片的有效区域外侧均存在留白部分(留白区32)。对于cmos芯片等图像传感器3而言，其功能覆盖区31的表面积占比可达80％～90％。

限位凸台4设置在端头座1内，主要用于对图像传感器3在端头座1内的安装位置进行定位(平面内)。具体的，限位凸台4可在端头座1内同时设置多个，比如4个等，可分别用于定位图像传感器3的四条侧边，当然，更多个限位凸台4也同样可行。为避免因限位凸台4的存在导致端头座1的直径增大，该限位凸台4可采用非连续结构(即离散分布)，并充分利用端头座1内的各个零部件之间的间隙空间进行安装，比如可设置在图像传感器3的侧边与端头座1的内壁之间的缝隙中，或图像传感器3与钳道管6之间的缝隙中。

照明部件5设置在端头座1内，主要用于产生亮光对物镜2提供照明视野。具体的，照明部件5可采用呈柱状的led(lightemittingdiode，发光二极管)灯，其体积小巧、结构细长，有利于减小对端头座1内部空间的占用。同时，为适应人体内光照环境，该照明部件5的发光属性可通过外部的内窥镜控制面板进行调节，比如可调节照明部件5的发光强度、发光色彩等。并且，考虑到图像传感器3对于清晰成像的光照需求，照明部件5在端头座1内一般同时设置偶数个(比如2个或4个等)，同时在图像传感器3两侧方位对称分布，以使图像传感器3的光感均衡。

钳道管6开设在端头座1内，主要呈圆管状，其外端延伸至端头座1的外端端面，主要用于提供介入治疗通道，以方便介入治疗的医疗设备从钳道管6内伸出至人体内部。基于在保证图像质量及内窥镜功能的前提下使内窥镜端头的直径尽可能小的原则，该钳道管6在端头座1内沿其轴向方向分布，即钳道管6的轴向与端头座1的轴向平行。

此外，在端头座1内还设置有基板8等部件，该基板8一般平行设置在图像传感器3的底面，主要用于承载图像传感器3，并通过驱动电路驱动图像传感器3进行运行，但由于基板8的尺寸面积受到图像传感器3的尺寸面积的直接影响，因此图像传感器3的尺寸面积缩小时，基板8的尺寸面积也随之缩小。并且，对留白区32开设缺角321，不仅可以使基板8的表面积相应减小，还可以增加对基板8进行切角时的切削深度或切削面积。

同时，基于在保证图像质量及内窥镜功能的前提下使内窥镜端头的直径尽可能小的原则，基板8、图像传感器3和物镜2三者的中轴线共线分布，并且均沿着端头座1的轴向方向分布。

在第一种具体实施方式中，为通过对图像传感器3中的留白区32的改进实现内窥镜端头直径最小化，本实施例分别对留白区32的形状和材质进行了改进。

其中，对于留白区32的形状改进具体在于：

在留白区32中与端头座1内壁抵接的夹角区域处开设两个顶角3211，以通过切角的方式缩减留白区32的占用面积。其中，夹角区域是指图像传感器3在安装过程中限制端头座1的直径缩小的区域，或者占用端头座1内的额外安装面积导致端头座1不得不将直径扩大的区域。一般的，由于图像传感器3安装在端头座1内的一侧半圆内区域，使得图像传感器3一侧的两个90°夹角与端头座1内壁形成抵接。而顶角3211即是在该两个90°夹角位置处进行开设，将其沿端坐座1的径向收缩方向进行削减。

具体的，对留白区32进行切角的方式有多种形式。在关于缺角321的第一种优选实施例中，如图5所示，可沿法向方向依照弧形路径垂直切除留白区32的夹角区域，从而在留白区32的夹角处形成类似圆角的、具有一定曲率的凸弧面321a。该凸弧面321a在留白区32中向外凸出，并且其曲率与端头座1的内壁曲率相当，从而使两者能够紧密贴合。

在关于缺角321的第二种优选实施例中，如图6所示，可沿法向方向依照直线路径垂直切除留白区32的夹角区域，从而在留白区32的夹角处形成具有一定倾斜角度的斜面321b。

在关于缺角321的第三种优选实施例中，如图7所示，可沿法向方向依照复杂曲线路径垂直切除留白区32的夹角区域，从而在留白区32的夹角处形成非规则形状的异形面321c。

在关于缺角321的第四种优选实施例中，如图8所示，考虑到图像传感器3的形状一般对称，在端头座1内安装时，可能会出现安装方向错误的情况，针对此，本实施例在留白区32的两个夹角区域处开设的顶角3211的形状互不相同。比如，其中一侧顶角3211形成凸弧面321a，而另一侧顶角3211形成斜面321b。如此设置，即可通过不同形状的顶角3211对图像传感器3在端头座1的正确安装方向进行防呆指示。当然，还可通过两个不同倾斜角度的斜面321b或不同斜率的凸弧面321a进行防呆指示。

由于留白区32具有多个夹角，具体的切角数量可根据实际需要进行调整，比如2～4个。一般而言，所有的夹角进行切角后均可对减小端头座1的直径产生一定贡献。并且，留白区32的每个夹角处的切角方式还可以各不相同，以适应与不同形状零部件表面的接触。

此外，为防止图像传感器3在安装时出现左右侧颠倒的情况，留白区32中开设的缺角321的形状与数量设计，需使图像传感器的表面形状形成非中心对称图形。基于同样的考虑，为防止图像传感器3在安装时出现正反面装反的情况，需使图像传感器3的表面形状形成非轴对称图形。如图10所示，图像传感器3既非中心对称图形，又非轴对称图形，可同时满足两种安装方向的防呆需求。

其中，对于留白区32的材质改进具体在于：

留白区32采用弹性材料制成，具有弹性，可在受压时产生一定程度的弹性形变。具体的，留白区32可采用硬质橡胶、聚氨酯等弹性材料。如此设置，在安装过程中，可通过端头座1的内壁(或其余零部件)对留白区32的挤压使其产生弹性收缩，进而减小留白区32的占用面积，同样可为端头座1留出部分缩径空间。基于同样的思想，端头座1的内壁也可采用弹性材料，从而在安装过程中，通过端头座1的内壁产生弹性形变，将端头座1的内壁压得更薄，从而缩小端头座1的外径。

另外，如图11所示，考虑到图像传感器3的各个侧边均需要通过限位凸台4进行定位抵接，本实施例在留白区32的各个侧边区域开设有若干个定位凹槽，同时在各个限位凸台4的表面上均设置了若干个定位凸起41，以通过各个定位凸起41与各个定位凹槽的卡接配合实现限位凸台4对图像传感器3的定位安装。具体的，定位凹槽的开设方式也有多种形式，比如矩形槽和弧形槽等，而定位凸起41的具体形状也随之变化。

在第二种具体实施方式中，为通过对内窥镜端头的主要零部件的排布设计实现直径最小化，可将主要涉及的图像传感器3、照明部件5和钳道管6进行如下排布：

由于图像传感器3和钳道管6的尺寸一般较大，因此在端头座1的径向平面内，端头座1的最大直径主要由图像传感器3和钳道管6共同决定。具体的，图像传感器3(几何中心p1)和钳道管6(圆心p2)可分别分布在端头座1的径向平面内的相对两侧位置，比如上半侧与下半侧，而图像传感器3和钳道管6两者的几何中心连线即为端头座1的直径所在直线，为确保该直径最小，图像传感器3的对角线始终保持不与任意一条钳道管6的直径共线(若共线，则直径将处于最大值)。

如图12所示，在关于图像传感器3和钳道管6的排布形式的第一种优选实施例中，当图像传感器3的长边长度(图示l)大于或等于钳道管6的直径(图示d)时，图像传感器3的分布方式使得其长边与两侧的照明部件5的圆心连线平行，且其中一长边与钳道管6保持互相正对，即图像传感器3的长边与钳道管6的横向直径平行，如此设置，可使图像传感器3的短边与钳道管6的纵向直径平行，从而使得经过图像传感器3与钳道管6的端头座1的直径尽可能短。

如图13所示，在关于图像传感器3和钳道管6的排布形式的第二种优选实施例中，当图像传感器3的长边长度小于钳道管6的直径时，图像传感器3的分布方式使得其长边与两侧的照明部件5的圆心连线垂直，且其中一条短边(长度为图示w)与钳道管6保持互相正对，即图像传感器3的短边与钳道管6的横向直径平行，如此设置，可使图像传感器3在端头座1内沿纵向排列，从而利用图像传感器3的短边为左右两侧的照明部件5留出更多安装空间，使得照明部件5在端头座1内安装时能够更加与图像传感器3和钳道管6聚拢。

同时，由于还需考虑各个照明部件5，为兼顾光感均衡要求，各个照明部件5(圆心p3、p4)可分别分布在图像传感器3与钳道管6的中轴线所在平面的两侧，并且一般呈对称分布，即位于图像传感器3与钳道管6的两侧，如图示左右两侧。基于在保证图像质量及内窥镜功能的前提下使内窥镜端头的直径尽可能小的原则，需要将两侧的照明部件5尽可能地与图像传感器3和钳道管6靠近、聚拢，具体的排布形式，需要根据图像传感器3、钳道管6与照明部件5的平面尺寸而定，在实际调试过程中，可以通过不断调节图像传感器3的旋转角度的方式确定最佳的排布形式。

进一步的，当图像传感器3、钳道管6与照明部件5三者的排布形式确定后，可继续根据三者的相对位置关系确定各个限位凸台4的具体设置位置和形状，以充分利用端头座1内的零部件之间的间隙空间。

另外，考虑到两侧的照明部件5在与图像传感器3互相靠拢时，照明部件5的外壁可能会与图像传感器3的两个夹角区域(图示图像传感器3的底部左右两个夹角)形成抵接，导致照明部件5无法继续靠拢，为使内窥镜端头的直径尽可能小，本实施例还在留白区32中与各照明部件5的外壁抵接的夹角区域处开设了底角3212。

如图3、图9、图10所示，底角3212的开设原理与顶角3211的开设原理相同，此处不再赘述。不同的是，由于照明部件5的截面主要呈圆形，底角3212具体可呈内凹的弧形，以便使照明部件5的外壁部分进入弧形槽内。当然，底角3212的形状并不限于弧形，其余比如平直边等也同样可行，与顶角3211类似，此处不再赘述。

在第三种具体实施方式中，为通过对图像传感器3中的功能覆盖区31的改进实现头端直径最小化，本实施例中的功能覆盖区31主要包括像素阵列区311和图像处理fpc(flexibleprintedcircuit，柔性电路板)312。

如图14所示，其中，像素阵列区311(或感光区)主要用于完成光电转换，将光信号转换为电信号，而图像处理fpc312与像素阵列区311信号连接，主要用于对生成的电信号进行信号处理。具体的，像素阵列区311一般呈硬质玻璃状，并且设置在功能覆盖区31的中部区域，而图像处理fpc312为柔性材料，设置在像素阵列区311的外侧。

由于图像处理fpc312是柔性材料，可进行弯折、卷曲等形变，因此，当留白区32的切角面积达到最大值时，留白区32的表面积占比为零，相当于留白区32不存在，仅剩功能覆盖区31，此时即可通过端头座1的内壁对图像处理fpc312进行挤压，使其产生弯折形变而进一步减小功能覆盖区31的面积尺寸，从而使得端头座1的直径能够进一步缩减。

综上所述，本发明所提供的内窥镜端头，通过对图像传感器3中的留白区32的改进、对图像传感器3中的功能覆盖区31的改进以及对内窥镜端头内的主要零部件的排布设计，使得内窥镜端头的直径尽可能小，从而能够减轻患者痛苦，优化内窥镜治疗体验。

本实施例还提供一种内窥镜，主要包括插入部和设置于插入部头端的内窥镜端头，其中，该内窥镜端头的具体内容与上述相关内容相同，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。