内窥镜系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及用于在微创手术操作期间观察身体的内部特征的内窥手术设备 (endosurgicaldevice)和系统，并且更具体地，涉及内窥镜系统等。
【背景技术】
[0002] 内窥镜通过切口或天然的身体孔口被引入来观察身体的内部特征。常规的内窥镜 包括用于通过内窥镜传输来自外部光源的光以照亮身体的内部特征的光传输通路，所述光 传输通路包括光纤导向器。常规的内窥镜还包括用于将这些内部特征的图像传输回目镜或 外部视频系统以供在外部监视器上进行处理和显示的图像取回通路。
【发明内容】
[0003] 本公开涉及内窥镜和具有集成到内窥镜的远端部中的光源和摄像机以及用于控 制内窥镜系统的布置在内窥镜的手柄内的集成处理器的内窥镜系统。
[0004] 根据本公开的方案，内窥镜包括手柄和从所述手柄向远侧延伸的细长体。细长体 包括终止于远端处的远侧部。图像传感器布置在所述细长体的远侧部内；透镜布置在所述 细长体的远端处，而包括一个或多个发光元件的光源集成到所述细长体的远端中且从所述 透镜沿径向向外定位。在实施例中，所述发光元件围绕所述透镜的一部分呈月牙形布置。 所述发光元件可以是发光二极管（LED)。所述图像传感器可以是背照射传感器（backside illuminatedsensor)。在实施例中，所述图像传感器是高清晰度CMOS传感器。所述透镜 可以是无焦点透镜。
[0005] 内窥镜可以包括被动热控系统。在实施例中，导热基板附着到所述光源。散热器 可以布置成与所述导热基板相接触。在一些实施例中，导热粘合剂布置在所述散热器和所 述导热基板之间。在某些实施例中，所述散热器是筒状的形状并且定位成与所述细长体的 筒状壁完全接触。
[0006] 在实施例中，内窥镜包括布置在所述手柄内的处理器。处理器包括系统控制器、成 像子系统、视频处理子系统，和用于与诸如图像传感器和光源的外部设备来回发送数据的 的外围设备控制器。在实施例中，所述处理器是片上系统。
[0007] 根据本公开的另一个方案，内窥镜包括手柄，所述手柄包括手柄壳体，所述手柄壳 体包括握把部和控制部。所述手柄壳体限定内腔，所述内腔包含多个用于为内窥镜系统供 电和控制内窥镜系统的电路板。在实施例中，所述手柄壳体包括：主板，其包括处理器和存 储器，用于系统控制、数据捕获、图像处理，和视频输出；电源板，其包括集成电源芯片以管 理系统的电源；按钮板，其启用/禁用用户控件；以及开关板，其接通和断开系统的电源。
[0008] 所述按钮板可定位于所述手柄的控制部中，以及所述主板可定位于所述手柄的握 把部中。在实施例中，所述电源板布置在所述手柄的握把部中，而在某些实施例中，所述开 关板定位于所述手柄的握把部中。
[0009] 所述内窥镜可以进一步包括从所述手柄向远侧延伸的细长体。所述细长体包括摄 像机，所述摄像机包括布置在所述细长体的远侧部中的图像传感器和布置在所述细长体的 远端处的透镜。所述细长体还包括布置在所述细长体远端处的光源。所述处理器包括用于 控制所述处理器和所述摄像机之间的数据传输的外围设备控制器和用于控制所述处理器 和所述光源之间的数据传输的外围设备控制器。
[0010] 以下参考附图更详细地描述本公开的示例性的实施例的进一步的细节和方案。
【附图说明】
[0011] 在此参考附图描述本公开的实施例，在附图中：
[0012] 图1是现有技术的内窥镜系统的正视立体图；
[0013] 图2是示出图1的内窥镜系统的示意构造的正视立体图；
[0014] 图3是示出图1的内窥镜系统的光学系统的示意构造的侧视图；
[0015] 图4是示出现有技术的另一内窥镜系统的示意构造的正视立体图；
[0016] 图5是示出图4的内窥镜系统的内窥镜的远端的示意构造的立体局部剖视图；
[0017] 图6是依据本公开的实施例的内窥镜的立体图；
[0018] 图7是示出依据本公开的实施例的内窥镜系统的示意构造的正视立体图；
[0019] 图8是示出图6的内窥镜的摄像机的示意图；
[0020] 图9是示出依据本公开的实施例的内窥镜的远端的示意构造的端视图；
[0021] 图10是图6的内窥镜的远侧部的侧剖视图；
[0022] 图11是图10的内窥镜的远侧部的各部件分离的侧视立体图；
[0023] 图12是图7的内窥镜系统的系统部件的框图；
[0024] 图13是图12的集成处理器的框图；以及
[0025] 图14是图6的内窥镜的手柄的俯视立体图。
【具体实施方式】
[0026] 参考附图详细地描述本公开的内窥镜和内窥镜系统的实施例，其中在几幅附图的 每幅附图中相同附图标记指代相同的或对应的元件。如在此所使用的，术语"远侧"指的是 结构的距用户较远的部分，而术语"近侧"指的是结构的距用户较近的部分。如在此所使用 的，术语"受试者"指的是人类患者或其他动物。术语"临床医生"指的是医生、护士、或其 他护理提供者，并可包括支持人员。术语"约"应被理解为考虑相对很小的变化以至于没有 变化的修饰术语的近似（例如，小于2%的差异）的词。
[0027] 首先参照图1至图3,现有技术的内窥镜系统1包括内窥镜10、光源20、视频系统 30,和显示设备40。诸如LED/氙光源的光源20经由光纤导向器22连接至内窥镜10,所述 光纤导向器22操作地联接至光源20和内窥耦合器（endocoupler) 16,所述内窥耦合器16 布置在内窥镜10的手柄18上或邻近于内窥镜10的手柄18布置。光纤导向器22包括，例 如，贯穿内窥镜10的细长体12且终止于内窥镜10的远端14的光纤线缆。因此，从光源20 传输来的光，通过光纤导向器22,然后从内窥镜10的远端14朝向患者的身体的目标内部特 征（例如，组织或器官）发出。因为在这种构造中的光传输通路长，例如，光纤导向器22的 长度可约为lm至约1.5m，所以只有约15% (或更少）的从光源20发出的光通量从内窥镜 10的远端14输出。
[0028] 视频系统30经由数据线缆34操作地连接至图像传感器32,该图像传感器32安装 于或布置在内窥镜10的手柄18内。物镜36布置在内窥镜10的细长体12的远端14处且 一系列间隔开的中继透镜38 (例如棒状透镜）沿着细长体12的长度定位在物镜36和图像 传感器32之间。由物镜36捕获的图像通过内窥镜10的细长体12经由中继透镜38转送 到图像传感器32,其然后传达给视频系统30以供处理且经由线缆39输出至显示设备40。
[0029] 由于图像传感器32位于内窥镜10的手柄18内或者安装到内窥镜10的手柄18 上，图像传感器32可以距离内窥镜10的远端14远至约30厘米，图像取回通路内的图像信 息有损失，这是因为很难在沿着中继透镜38的整个工作距离的每一点处得到高品质的图 像。而且，由于中继透镜38上的光损失，物镜36不能包括小孔径。因此，视野深度是受限 的，则在内窥耦合器16中典型地利用聚焦模块（未显示）来将物镜36设定至期望的焦点， 这是临床医生在外科手术操作期间当移动内窥镜10时所必须调整的。另外，光纤导向器22 的旋转也将旋转中继透镜38,中继透镜38在使用期间改变了视角，并且光纤导向器22也往 往由于重力的作用往下落。因此，临床医生需要在使用期间调整和/或固定光纤导向器22 以保持视野稳定，这在操作期间是不方便的。
[0030]如图4和图5所示，另一现有技术的内窥镜系统Γ，其基本上类似于内窥镜系统 1，则因此将只描述关于它们之间的差异，内窥镜系统1'包括在内窥镜10'的细长体12的 远侧部13内的图像传感器32,使得物镜36和图像传感器32之间的图像取回通路比内窥镜 系统1的物镜36和图像传感器32之间的图像取回通路短。内窥镜系统Γ采用与内窥镜 系统1的光传输通路相同的光传输通路（即，来自光源20并通过光纤导向器22)，因此在传 输中的光损耗仍然较大。然而，光纤导向器22可与数据线缆34集成于一体，从而因为临床 医生在使用期间不需要调整光纤导向器22,而使得内窥镜10'更容易操作。
[0031] 现在参考图6和图7,本公开的内窥镜系统100包括内窥镜110、显示器120,和连 接内窥镜110和显示器120的线缆130。摄像机140、光源150,以及集成处理器160都包含 在内窥镜110内。
[0032] 内窥镜110包括手柄112和细长体114,细长体114具有从手柄112沿纵向轴线 "X"向远侧延伸的筒状壁114a。细长体114包括终止于远端或末端118的远侧部116。手 柄112包括手柄壳体112a，手柄壳体112a包括以供临床医生握住的握把部113和控制部 115,控制部115包括用于内窥镜110的功能性控制的致动元件115a(例如，按钮、开关等）。
[0033] 如图8所示，结合图7,摄像机140布置在内窥镜110的细长体114内。摄像机140 包括布置在细长体114的远侧部116内的图像传感器142,图像传感器142位于定位在远端 118处的透镜144的近侧。图像传感器142可以是电荷耦合器件（CXD)、互补金属氧化物半 导体（CMOS)，或其并合体。在实施例中，图像传感器142是高度灵敏的背照射传感器（BSI)。 在实施例中，图像传感器142所需要的照明通量可高达约201m。
[0034] 由于图像取回通路相比于传统的内窥镜系统（如图1)的图像取回通路被缩短且 消除了对中继透镜的需要，因此可以扩大和优化视野深度。相应地，透镜144可以包括具有 优化的图像质量的约20mm至约110mm的视野深度和约100度的视场。在实施例中，透镜 144是无焦点透镜。与传统的内窥镜相比，无焦点透镜依赖视野深度来产生清晰的图像，并 且因此，消除了确定正确的调焦距离和设定透镜至该焦点的需要。因此，透镜144的孔径可 以相对较小，从而在细长体114的远端118占据更少的空间。在实施例中，透镜144的外径 可高达约6毫米。
[0035] 光源150布置在内窥镜110的远端118处。光源150包括一个或多个高效率的 发光元件152,例如发光二极管（LED)。在实施例中，发光元件152具有高达约801m/W(流 明/瓦）的发光效能。与传统的内窥镜相比，本公开的光源无需使用外部光源