具有集成遠端顯像裝置的手持式尺寸最小化診斷裝置制造方法

具有集成遠端顯像裝置的手持式尺寸最小化診斷裝置制造方法
【專利摘要】本申請提供一種內部組織顯像裝置，其包括：手持式控制單元，手持式控制單元包括配置為照明目標組織部位的光源、配置為捕獲目標組織部位的圖像數據的圖像捕獲控制裝置；以及配置為存儲目標組織部位的被捕獲的靜止和/或視頻圖像的存儲器芯片；剛性細長部件，剛性細長部件包括縱軸、配置為將流體輸送到目標組織的沖洗腔、沿著細長部件的長度延伸的光纖；能操作地耦合到手持式控制單元的近端、以及尺寸最小化遠端，其中尺寸最小化遠端包括透鏡，其中遠端配置用于從縱軸偏離一角度地進行離軸觀察；以及其中，細長部件具有足夠剛性，以容許在將足夠力量施加至細長部件的近端時推動遠端穿過組織。本發明應用于醫學領域中。
【專利說明】具有集成遠端顯像裝置的手持式尺寸最小化診斷裝置
[0001]本申請是2010年7月9日申請的、發明名稱為“具有集成遠端顯像裝置的手持式尺寸最小化診斷裝置”、申請號為201080038061.7的分案申請。

【背景技術】
[0002]對于醫生，診斷成像領域(例如，內窺檢查法)允許觀察對象、內部機制等，而對于必需被刺穿以觀察上述對象和機制的受試者造成最小程度的損害。此類成像工具已被用于多種環境中以便進行詳細檢查，包括(但不限于)使用和應用于醫學領域。
[0003]在例如醫學領域中使用成像的情況下的特定難題是通常需要大量裝備、維護此類裝備和需要布線以便連接到其它系統。在現有技術中存在的實現成像應用所需的種類繁多的裝備包括監視系統、照明系統和電源系統。另外，這些系統可永久或半永久性地安裝于例如小型辦公室或手術室中，這就需要將所述辦公室和房間以可能不夠理想的方式加以改建以便容納笨重的成像裝置。另外，這種需要安裝成像系統組件的難題可能要求在其它辦公室和房間中根據需要重復設置此類成像系統。
[0004]許多這些成像系統組件必須利用布線構件以便發揮作用的要求使上面提到的問題更為復雜。傳送例如電學、光學和機械構件的這些纜線可在實際上干擾房間中的對象和人，例如病人。在某些情況下，具有相當大的不可撓曲性的用于光傳輸的纜線(例如光纖纜線)在過度撓曲時可能會斷裂，從而損害成像應用的結果。
[0005]存在于現有技術中的成像技術的另一難題是使用對可定位于距醫生一定距離處的成像的外部監視。通常，醫生需要在一個方向上查看成像應用的監視情況，并在不同方向上在實體上引入或利用成像構件，因而可能損害使用成像工具的細節和精度。
[0006]此類成像系統的另一問題是它們可能需要外部電源。此電源必須相對接近于電源插座和可用的所需電壓的位置來安置。由于各國不共享共同的電源適配器構件或相同的電壓輸出，因此必須使用額外的適配器以使這些系統起作用。
[0007]成像系統所面臨的另一難題是滿足無菌性和可重復使用性的目標。成像系統必須是無菌的，以便用于它們的預期應用。雖然無菌性可通過僅使用裝置一次來實現，但是此類方法是不經濟的。然而，重復使用裝置對于保持無菌性構成重大難題。


【發明內容】

[0008]提供具有集成遠端顯像裝置的手持式尺寸最小化診斷裝置。還提供包括所述裝置的系統，以及使用所述裝置以便(例如)顯現受試者的內部組織的方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1A是便攜式診斷工具的一個實施方案的側視圖。
[0010]圖1B是圖1A的便攜式診斷工具的剖視圖。
[0011]圖1C是圖1A的便攜式診斷工具的透視圖。
[0012]圖1D是圖1A的便攜式診斷工具的分解圖。
[0013]圖1E是圖1A的便攜式診斷工具的透視分解圖。
[0014]圖1F是圖1A的便攜式診斷工具的特寫側視圖，其展示用于引入材料、藥物和植入物的端口。
[0015]圖1G是圖1A的便攜式診斷工具的透視圖，其中裝置外殼的頂部被去除以展示在電機和細長部件之間的用于使細長部件沿著其軸相對于手持式控制單元轉動的齒輪傳動機構，以及監視器、照明設備、攝像頭和電機與位于機頭遠端部分的控制板的連接。
[0016]圖1H是圖1G的便攜式診斷工具的細長部件與電機接面的一個實施方案，其展示在電機和細長部件之間的用于使細長部件沿著其軸相對于手持式控制單元轉動的基于摩擦的傳動連接。
[0017]圖1I是圖1D的便攜式診斷工具的控制板、電子器件、連接、按鈕和開關控制件的透視圖。
[0018]圖1J是圖1A的便攜式診斷工具的側視圖，其展示裝置的與手持式控制單元分離的細長部件部分。
[0019]圖1K是圖1A的便攜式診斷工具的側視圖，其展示裝置的與手持式控制單元分離的導管部分和裝置的與手持式控制單元分離的監視器部分。
[0020]圖2A是圖1A的便攜式診斷工具的細長部件的遠端尖頭的剖視圖，其展示攝像頭、照明設備、棱鏡透鏡和電連接。
[0021]圖2B展示圖2A的導管的遠端尖頭內的圖像濾波器的實施方案。
[0022]圖2C展示圖2A的細長部件的遠端尖頭內的圖像濾波器的另一實施方案。
[0023]圖2D是圖1A的便攜式診斷工具的細長部件的遠端尖頭的剖視圖，其展示攝像頭、照明設備、平蓋透鏡和電連接。
[0024]圖2E展示圖2D的導管的遠端尖頭內的根據一個實施方案的圖像濾波器配置。
[0025]圖2F展示圖2D的導管的遠端尖頭的根據一個實施方案的另一圖像濾波器配置。
[0026]圖3A是圖1A的便攜式診斷工具的細長部件的遠端尖頭的前視圖，其展示攝像頭和集成照明器之間的偏心布置。
[0027]圖3B是圖1A的便攜式診斷工具的細長部件的遠端尖頭的前視圖，其展示攝像頭和集成照明器之間的偏心布置，其中另外布置有傳感器或端口。
[0028]圖3C是本發明的便攜式診斷工具的細長部件的遠端尖頭的前視圖，其展示攝像頭和集成照明器之間的同心布置。
[0029]圖3D是本發明的便攜式診斷工具的細長部件的遠端尖頭的前視圖，其展示攝像頭和集成照明器之間的同心布置，其中另外布置有傳感器或端口。
[0030]圖3E是圖1A的便攜式診斷工具的頂視圖的剖視圖，其展示根據本發明的一個實施方案的位于細長部件的遠端尖頭處且連接到控制板的傳感器的接線圖。
[0031]圖3F是圖1A的便攜式診斷工具的頂視圖的剖視圖，其展示根據本發明的一個實施方案的位于細長部件的遠端尖頭處且連接到圖1F的端口的端口的管道圖。
[0032]圖4A是圖1A的便攜式診斷工具的無菌護套的實施方案的側視圖，其展示一體式監視器蓋、控制件蓋、與可分離的細長部件的連接和可密封的開口。
[0033]圖4B是圖1A的便攜式診斷工具的無菌護套的實施方案的側視圖，其展示一體式控制件蓋、與可分離的細長部件的連接和可密封的開口。
[0034]圖4C是包圍圖1I的具有已分離的細長部件的便攜式診斷工具的圖4A的無菌護套的側視圖，其展示圖1I監視器上的一體式監視器蓋，和圖1I的控制件上的一體式控制件至JHL ο
[0035]圖4D是與圖1A的便攜式診斷工具的外形相符的圖4的無菌護套的側視圖，并且圖4A的開口已密封。
[0036]圖4E是與圖1J的便攜式診斷工具的外形相符的圖4B的無菌護套的側視圖，其中監視器已去除但導管件如圖1A中而仍附接，并且圖4B的開口已密封。
[0037]圖4F是與圖1J的便攜式診斷工具的外形相符的圖4B的無菌護套的側視圖，其中監視器已去除并且位于機頭上的監視器支架已去除但細長部件如圖1A中而仍附接，并且圖4B的開口已密封。
[0038]圖5A展示相對于圖1A的細長部件的軸呈筆直取向的具有控制纜線的一段撓性細長部件的一個實施方案的視圖。
[0039]圖5B展示相對于圖1A的細長部件的軸呈彎曲或撓曲取向的具有控制纜線的一段撓性細長部件的一個實施方案的視圖。
[0040]圖5C展示相對于圖1A的細長部件的軸呈彎曲取向的細長部件的一個實施方案的視圖。
[0041]圖6A是根據一個實施方案的圖2D的細長部件的遠端尖頭的剖視圖，其展示包括同心安置于細長部件遠端的環形部件和用于致動環形部件的纜線構件的低剖面活檢工具。
[0042]圖6B是圖2D的細長部件的遠端尖頭的側視圖，其展示包括同心安置于細長部件遠端處的環形部件和用于致動環形部件的纜線的低剖面活檢工具。
[0043]圖7是圖2D的導管的遠端尖頭的剖視圖，其展示同心安置于細長部件尖頭的低剖面切割器。
[0044]圖8是圖3F的導管的遠端尖頭的透視圖，其說明了可滑動地設置的傳感器的一個實施方案，該傳感器存在于細長部件內的工作導槽中，并且可在去除圖1A的便攜式診斷裝置后部署并保持于組織部位。
[0045]圖9是展示圖1A的便攜式診斷裝置的電子控制模式的實施方案的方框圖。
[0046]圖10是根據本發明的一個實施方案的立體成像模塊的功能方框圖。
[0047]圖1lA和IlB說明可通過單個顯像傳感器(圖11A)或兩個顯像傳感器(圖11B)獲得的偏移視圖。

【具體實施方式】
[0048]提供具有集成遠端顯像裝置的手持式尺寸最小化診斷裝置。還提供包括所述裝置的系統，以及使用所述裝置以便(例如)顯現受試者的內部組織的方法。
[0049]在更詳細地描述本發明之前，應理解，本發明不限于所描述的特定實施方案，因為此類實施方案當然可變化。還應理解，本文中使用的術語僅用于描述特定實施方案的目的，并且無意具有限制性，因為本發明的范圍僅受所附權利要求書限制。
[0050]當提供值的范圍時，應理解除非上下文另有明確規定，否則該范圍的上下限和該明示范圍的任何其它明示或居中值之間的直到下限單位十分之一的每個居中值都涵蓋于本發明中。這些較小范圍的上下限可獨立地包括于較小范圍中，并且也涵蓋于本發明中，所明示范圍中的任何極限可特別地加以排除。當所明示范圍包括所述極限中的一個或兩個時，排除那些所包括的極限中的一個或兩個的范圍也包括于本發明中。
[0051]除非另有定義，否則本文中使用的所有技術和科學術語具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的含義相同的含義。雖然與本文中所述的那些方法和材料相似或等效的任何方法和材料也可用于實踐或測試本發明，但是現在描述代表性例示方法和材料。
[0052]本說明書中引用的所有公開案和專利以引用的方式并入本文，其引用程度如同每個個別公開案或專利特定地和個別地經指示而以引用方式并入一般，并且以引用方式并入本文中以便公開和描述與所引用公開案有關的方法和/或材料。任何公開案的引用是針對其在本 申請日期:前的公開內容，并且不應被視為承認由于存在先前發明而使本發明無權享有本公開案的優先權。此外，所提供的公布日期可能不同于可能需要獨立地確認的實際公布日期。
[0053]應注意，除非上下文另有明確規定，否則在說明書和額外權利要求書中使用的單數形式“一”和“所述”包括多個指示物。此外應注意，權利要求書可經起草以排除任何可選要素。因此，對于結合敘述權利要求要素而使用的像“單獨”、“只”等這樣的排他性術語或所使用的“否定性”限制，這份說明書僅欲充當一個先行基礎。
[0054]如本領域技術人員在閱讀本發明后所顯而易知，本文中描述和說明的每個個別實施方案具有可輕易地與任何其它幾個實施方案的特征分離或組合的分立組件和特征，而不背離本發明的范圍或精神。所敘述的任何方法可以所敘述的事件順序或在邏輯上可能的任何其它順序來執行。
[0055]在進一步描述本發明的各個方面時，首先較詳細地描述受試者組織顯像裝置和系統的實施方案的方面。接下來，更詳細地探討受試者組織顯像系統適用的顯現受試者內部目標組織的方法的實施方案。
[0056]組織顯像裝置和系統
[0057]如上文所概述，本發明的方面包括內部組織顯像系統。內部組織顯像系統是經配置以顯現受試者的內部組織部位的顯像系統。因此，系統經構造或設計以向使用者提供身體(例如生物體)里面的組織部位的圖像。因此，本發明的系統的方面包括可用于顯現內部目標組織部位(例如，在椎間盤(IVD)附近或里面的脊柱位置)的內部組織顯像裝置。本發明的系統的實施方案的內部組織顯像裝置經定尺寸以使得至少裝置的遠端可穿過微創身體開口。因此，這些實施方案的裝置的至少遠端可通過最小切口(例如，比用于具有20mm或更小外徑的進出裝置的切口尺寸更小的切口，例如為此類切口尺寸的75%以下，例如此類切口尺寸的50%以下，或更小)引入病人的內部目標部位(例如，在椎間盤附近或里面的脊柱位置)。
[0058]如上文所概述，本發明的系統的內部組織顯像裝置包括細長部件和手持式控制單元(例如下文進一步描述的探針件和機頭)。關于細長部件，裝置的這個部件具有為其寬度1.5倍或更長的長度，例如為其寬度2倍或更長，包括為其寬度5倍或甚至10倍或更長，例如比其寬度長20倍，比其寬度長30倍，或更長。細長部件的長度可變化，并且在某些情況下，在5cm到20cm范圍內，例如7.5cm到15cm并且包括1cm到12cm。細長部件可沿著其整個長度具有相同的外部橫截面尺寸(例如，直徑)。另外，橫截面直徑可沿著細長部件的長度而變化。
[0059]在某些情況下，裝置的細長部件的至少遠端區域經定尺寸以穿過Cambin三角。遠端區域意指起始于遠端的Icm或更長(例如3cm或更長，包括5cm或更長)的細長部件的長度，其中細長部件可沿著其整個長度具有相同外徑。Cambin三角(在本領域中也被稱為Pambin三角)是由退出神經根和穿越神經根和椎間盤界定的解剖學脊柱結構。退出神經根是正好從椎間盤向頭側(上方)離開脊柱管的根，并且穿越神經根是正好從椎間盤向尾端(下方)離開脊柱管的根。當細長部件的遠端經定尺寸以穿過Cambin三角時，裝置的至少遠端具有1mm或更小(例如8mm或更小并且包括7mm或更小)的最長橫截面尺寸。在某些情況下，裝置所包括的細長部件至少在其遠端區域具有5.0mm或更小(例如4.0mm或更小，包括3.0mm或更小)的外徑。
[0060]受試者組織顯像裝置的細長部件具有近端和遠端。本文中使用的術語“近端”是指較接近于使用者(例如在組織修改程序中操作裝置的醫師)的細長部件末端，并且本文中使用的術語“遠端”是指在使用期間較接近于受試者的內部目標組織的細長部件末端。近端也是能操作地耦合到裝置的手持式控制單元(下方更詳細地描述)的末端。在某些情況下，細長部件是具有足夠剛性的結構以允許在將足夠力量施加至細長部件近端時，推動遠端穿過組織。因此，在這些實施方案中，細長部件是不易彎的或不具撓性的，至少不具有任何顯著程度的易彎性或撓性。
[0061]如上文所概述，顯像裝置包括集成于細長部件的遠端的顯像傳感器，以使得顯像傳感器與細長部件集成。因為顯像傳感器與細長部件集成，所以它不能從細長部件的其余部分上去除而不顯著影響細長部件的結構和功能性。因此，本發明的裝置區別于包括單獨自主裝置賴以通過的“工作導槽”的裝置。與此類裝置相比，因為本發明的裝置的顯像傳感器與細長部件集成，所以它不是僅僅存在于細長部件的工作導槽中，并且可從這種細長部件的工作導槽上去除而不以任何方式在結構上影響細長部件的與細長部件分離的裝置。顯像傳感器可通過各種不同配置與細長部件集成。集成配置包括顯像傳感器相對于細長部件的遠端固定的配置，以及顯像傳感器可在一定程度上相對于細長部件的遠端移動的配置。也可提供相對于細長部件的遠端移動，但另一方面相對于存在于遠端的另一組件(例如遠端集成照明器)固定的顯像傳感器。下文結合諸圖進一步描述所關注的具體配置。
[0062]所關注的顯像傳感器包括微型成像傳感器，其具有對于其預定用途足夠小的橫截面積，并且仍保留足夠高的矩陣分辨率。所關注的成像傳感器是那些包括與電路組件(例如集成電路)耦合的感光元件(例如，將光轉換成電子的感光元件陣列)的傳感器。集成電路可經配置以獲得并集成來自感光陣列的信號并輸出圖像數據，所述圖像數據可轉而傳送到經配置以接收數據并將它顯示給使用者的體外裝置。這些實施方案的圖像傳感器可視為集成電路圖像傳感器。這些傳感器的集成電路組件可包括各種不同類型的功能件，包括(但不限于):圖像信號處理、存儲器和將數據從顯像傳感器傳輸到體外位置的數據傳輸電路等。微型成像傳感器可存在于模塊中，該模塊進一步包括以下各者中的一或多者:外殼、由相對于感光組件定位以便將圖像聚焦于感光組件上的一個或多個透鏡組成的透鏡組件、一個或多個濾光器、偏光部件等。所關注的具體類型的微型成像傳感器包括互補金屬氧化物半導體(CMOS)傳感器和電荷耦合裝置(CCD)傳感器。傳感器可具有任何便利的配置，包括圓形、正方形、長方形等。所關注的顯像傳感器可具有取決于特定實施方案而變化的最長的橫截面尺寸，其中在某些情況下，最長的橫截面尺寸(例如，直徑)為4.0mm或更小，例如3.5mm或更小,包括3.0mm或更小,例如2.5mm或更小,包括2.0mm或更小,包括1.5mm或更小，包括1.0mm或更小。在給定成像模塊中，傳感器組件可安置在距模塊的一個透鏡或多個透鏡的一定距離處，其中該距離可變化，例如1mm或更小，包括7mm或更小，例如6mm或更小。
[0063]所關注的成像傳感器可為前側或后側照明傳感器，并且在保持足夠的功能性的同時具有足夠小的尺寸以便集成于本發明的裝置的細長部件遠端。這些傳感器的方面進一步描述于以下美國專利中的一或多者中，其公開內容以引用的方式并入本文:7，388，242、7，368，772,7, 355，228,7, 345，330,7, 344，910,7, 268，335,7, 209，601,7, 196，314、7，193，198,7, 161，130，和 7，154，137。
[0064]如上文所概述，顯像傳感器安置于細長部件的遠端，使得顯像傳感器為遠端顯像傳感器。在這些情況下，顯像傳感器安置于細長部件的遠端處或遠端附近。因此，其定位于相對于遠端3_處或更近，例如相對于遠端2_處或更近，包括相對于遠端1_處或更近。在某些情況下，顯像傳感器安置于細長部件的遠端。顯像傳感器可根據需要提供正視觀察和/或側視觀察。因此，顯像傳感器可經配置以提供在從細長部件遠端的向前方向上所看見的圖像數據。另外，顯像傳感器可經配置以提供從細長部件的一側所看見的圖像數據。在其它實施方案中，顯像傳感器可經配置以提供來自正面和側面的圖像數據，例如，當圖像傳感器相對于細長部件的縱軸以小于90°的角度定向時。
[0065]顯像傳感器的組件，例如集成電路、一個或多個透鏡等，可存在于外殼內。外殼可具有任何便利的配置，其中可基于傳感器的位置、傳感器的觀察方向等來選擇特定配置。外殼可由任何便利的材料制造。在某些情況下，使用非導電材料，例如聚合物材料。
[0066]顯像傳感器可進一步包括用于將圖像數據傳送到系統的體外裝置(例如圖像顯示裝置)的功能件。在某些情況下，可提供例如呈信號纜線(或其它類型的信號傳送元件)形式的有線連接以便將遠端的顯像傳感器連接到細長部件近端的裝置，所述有線連接例如呈一個或多個沿著細長部件的長度從遠端延伸到近端的導線形式。在某些情況下，顯像傳感器耦合至導電部件(例如，纜線或類似的結構)以便將顯像傳感器以導電方式連接至細長部件的近端位置。或者，可使用(例如)無線通信協議，其中顯像傳感器能操作地耦合至無線數據發射器，該無線數據發射器可定位于細長部件的遠端(包括在沿著細長部件的某個位置或在裝置近端處，例如在細長部件近端位置處或與裝置手柄相關聯地集成于顯像傳感器中)。
[0067]在需要時，裝置可包括一個或多個經配置以照明目標組織位置的照明元件以便可通過(例如)如上所述的顯像傳感器來顯現該位置。各種不同類型的光源可用作照明元件(本文中也稱為照明器)，只要其尺寸使得其可定位于細長部件的遠端中就行。光源可與給定組件(例如，細長部件)集成，以使得其相對于組件配置以使得光源元件不可以在不顯著影響組件結構的情況下從組件其余部分去除。因此，這些實施方案的集成照明器不能輕易地從組件的其余部分上去除，從而使得照明器和組件的其余部分形成相互聯系的整體。光源可為經配置以發射所需波長范圍的光的發光二極管(LED)，或光學傳送元件，例如光纖，其經配置以將所需波長范圍的光從除細長部件遠端以外的位置(例如，細長部件近端的位置)傳送到細長部件遠端。光源(例如，LED)的實際位置可變化，例如在細長部件中的任何位置、在手持式控制單元中等。
[0068]與圖像傳感器一樣，光源可包括導電元件(例如導線)或光纖，其沿著細長部件的長度延伸以便從身體外部的位置(例如，體外控制裝置)為光源提供功率和控制。
[0069]在需要時，光源可包括漫射元件以提供目標組織部位的均勻照明。可使用任何便利的漫射元件，包括(但不限于)來自光源的光通過并因而得以漫射的半透明蓋或層(由任何便利的半透明材料制造)。在系統包括兩個或更多個照明元件的本發明實施方案中，照明元件可發射相同波長的光或其可為光譜不同的光源，其中“光譜不同”意指光源發射光的波長實質上不重疊，例如白光和紅外光。在某些實施方案中，在所述裝置中提供如共同待決的第12/269，770號和第12/269，772號美國申請案(其公開內容以引用的方式并入本文)中描述的照明配置。
[0070]遠端集成照明器可具有任何便利的配置。所關注的配置具有各種橫截面形狀，包括(但不限于)圓形、卵形、長方形(包括正方形)、不規則形狀等。在某些情況下，集成照明器的構型經配置以與集成顯像傳感器的構型相符，以使得兩個組件的橫截面面積在細長部件遠端處可用的最小總橫截面面積內得以最大化。例如，集成顯像傳感器和照明器的配置可使得集成顯像傳感器可占據細長部件的遠端的可用橫截面面積的第一部分(例如細長部件的遠端的總可用橫截面面積的40%或更多，包括50%或60%或更多)，并且集成照明器可占據橫截面面積的其余部分的很大一部分，例如橫截面面積的其余部分的60%或更多、70%或更多，或80%或更多。
[0071]在所關注的一個配置中，集成照明器具有新月形構型。新月形構型可具有經配置以與細長部件的壁和圓形顯像傳感器相符的尺寸。在所關注的另一個配置中，集成照明器具有(例如)環形構型，其與細長部件的內壁相符或構成(例如)細長部件的壁，此情況在下文中更詳細地描述。這個配置可為受關注的，其中將顯像傳感器定位于細長部件的遠端的中心。
[0072]在某些情況下，細長部件包括經配置以將光從近端來源引導至細長部件遠端的環形壁。此環形壁的遠端可視為如上所述的集成照明器。在這些情況下，共同構成環形壁的細長結構的壁由半透明材料制成，其將來自與遠端分開的來源(例如，來自近端)的光引導至遠端。在需要時，可在半透明細長部件的外側提供反射涂層以便將來自遠端源(例如近端的LED)的光向內部反射到裝置的遠端。可使用任何便利的反射涂層材料。
[0073]包括經配置以便將光從近端來源引導至細長部件遠端的充滿流體的結構的集成照明器也是受關注的。此類結構可為沿著細長結構的長度從近端光源延伸至細長結構遠端的管腔。當存在此類管腔時，其可具有在某些情況下在0.5mm到4.0mm(例如0.5mm到3.5mm，包括0.5mm到3.0mm)的范圍內變化的最長橫截面。管腔可根據需要具有任何便利的橫截面形狀，包括(但不限于)圓形、正方形、長方形、三角形、半圓形、梯形、不規則形狀等。充滿流體的結構可充滿任何便利的半透明流體，其中所關注的流體包括水性流體(例如，水、鹽水等)、例如重礦物油(例如，具有大于或等于約0.86并且優選在約0.86和0.905之間的比重的礦物油)的有機流體，或類似物質。
[0074]如上所述，集成照明器的某些實例由與近端光源耦合的細長部件集成光傳送結構(例如，光纖、光傳導環形壁、充滿流體的光傳導結構等)組成。在某些情況下，近端光源是向前聚焦LED。在此類實施方案中，明亮LED是受關注的，例如具有10mcd或更大，例如300mcd或更大，并且在某些情況下500mcd或更大、100mcd或更大、1500mcd或更大的亮度的LED。在某些情況下，亮度范圍為10mcd到2000mcd，例如300mcd到1500mcd。LED可與向前聚焦透鏡耦合，該透鏡又與光傳送結構耦合。
[0075]在某些情況下，近端LED可以使得實質上所有(如果不是全部)由LED發出的光被輸入到光傳送結構中的方式與光傳送結構耦合。另外，LED和聚焦透鏡可經配置以使得至少一部分由LED發出的光被沿著細長部件的外表面引導。在這些情況下，向前聚焦發光二極管經配置以沿著細長部件的外表面引導光。因此，來自近端LED的光沿著細長部件的外表面行進至細長部件遠端。
[0076]在某些情況下，本發明的組織顯像裝置經配置以減少直接來自集成照明器的光與顯像傳感器的耦合。換句話說，所述裝置是使得實質上所有(如果不是全部)由細長結構遠端的集成照明器所發出的光無法直接到達顯像傳感器的結構。用這種方式，使得大部分(如果不是全部)到達顯像傳感器的光為反射光，所述反射光由顯像傳感器轉換成圖像數據。為了實質上防止(如果不抑制)來自集成照明器的光直接到達集成顯像傳感器，裝置可包括遠端偏光部件。遠端偏光部件意指已以某種足以實現減少(如果不消除)來自集成照明器的光直接到達集成顯像傳感器的預期目的的方式加以偏光的結構或結構組合。在一個實施方案中，來自LED的光在其進入細長部件的遠端尖頭的透鏡或棱鏡時，由第一偏光器(線性或圓形地)偏光。顯像傳感器(例如CMOS傳感器)還具有一個直接處于其前面的偏光器，此第二偏光器補充第一偏光器以使得由棱鏡外表面反射到顯像傳感器中的任何光將由此偏光器阻擋。穿過第一偏光器并由周圍組織反射的光具有隨機偏光，從而使得此光的大約一半將穿過第二偏光器以到達顯像傳感器并轉換成圖像數據。對于(例如)向前觀察細長部件，遠端偏光部件可為覆蓋透鏡，或對于(例如)離軸觀察細長部件，遠端偏光部件可為棱鏡，此情況在下文更詳細地描述。
[0077]在某些情況下，細長部件遠端包括離軸顯像模塊，其經配置以使得顯像傳感器獲得來自與細長部件的縱軸不平行的觀察視野的數據。對于離軸顯像模塊，顯像傳感器的觀察視野相對于細長部件的縱軸處于一定角度，其中在某些情況下此角度可在5°到90°，例如45°到75°范圍內，例如30°。離軸顯像模塊可包括任何便利的光導，其收集來自離軸觀察視野的光并將所收集的光傳送到顯像傳感器。在某些情況下，離軸顯像模塊是棱鏡。
[0078]取決于特定裝置實施方案，細長部件可包括或可不包括一個或多個至少部分地沿著其長度延伸的管腔。當存在管腔時，其可能在直徑上會有所不同，并且可用于各種不同目的，例如沖洗、抽吸、電隔離(例如，電隔離導電部件(例如導線))，作為機械導件等，這一情況在下文更詳細探討。當存在此類管腔時，其可具有在某些情況下在0.5mm到5.0mm(例如
1.0mm到4.5mm,包括1.0mm到4.0mm)的范圍內變化的最長橫截面。管腔可根據需要具有任何便利的橫截面形狀，包括(但不限于)圓形、正方形、長方形、三角形、半圓形、梯形、不規則形狀等。這些管腔可提供各種不同的功能，包括作為使裝置、組合物等到達細長部件遠端的傳送結構，此情況在下文更詳細地描述。此類管腔可用作“工作導槽”。
[0079]在一些實施方案中，在裝置中還存在至少向細長部件遠端或其組件賦予可操縱性的集成鉸接機構，以使得細長部件經配置以實現遠端鉸接。“可操縱性”意指在程序期間根據需要(例如)使用定位于裝置近端(例如，定位于手持式控制單元上)的控制件來操縱或定向細長部件遠端或其組件的能力。在這些實施方案中，裝置包括操縱機構(或一個或多個安置于細長部件遠端的元件)，所述操縱機構使得可根據需要通過近端控制件來操縱目標細長部件遠端或其組件。因此，如本文中使用的術語“可操縱性”涉及向使用者提供操縱功能的機構，例如以所需方式(例如)通過相對于初始方向向左、向右、向上或向下移動來改變方向的能力。操縱功能可通過各種不同的機構來提供。合適機構的例子包括(但不限于)由適當的材料(例如，形狀記憶材料、鋼琴絲等)制成的一個或多個導線、管、板、網，或其組合。
[0080]在某些情況下，細長部件遠端具備額外的獨特能力，使其可在操作手柄的顯著部分保持于固定位置時，圍繞其縱軸獨立地旋轉，此情況在下文更詳細地討論。本發明的遠端組件鉸接的范圍可變化，例如從-180°到+180。;例如，-90°到+90。。或者，遠端探針尖端鉸接可在0°到360° (例如0°到+180°，并且包括0°到+90° )范圍內，且能夠使整個探針圍繞其軸旋轉以便可在(例如)探針軸的任一側達到全范圍的角度，此情況在下文更詳細地描述。旋轉細長部件可經由任何便利的方法(例如通過使用電機)來實現，此情況例如在下文更詳細地描述。所關注的鉸接機構進一步描述于已公布的第WO 2009029639號、第 WO 2008/094444 號、第 WO 2008/094439 號和第 WO 2008/094436 號 PCT 申請公開案中，其公開內容以引用的方式并入本文。所關注的具體鉸接配置進一步結合附圖來描述，并且描述于第12/422,176號美國申請案中，其公開內容以引用的方式并入本文。
[0081 ] 如上文所概述，本發明的內部組織顯像裝置進一步包括細長部件能操作連接到的手持式控制單元。“能操作連接”意指一個結構與另一個結構連通(例如，機械、電學、光學連接或類似連接)。手持式控制單元安置于細長結構近端，因此位于裝置近端。因為控制單元是手持式的，所以其經配置以便于成人手持。因此，手持式控制單元可經配置以適合于成人用手抓握。手持式控制單元的重量可變化，但在某些情況下在0.5磅到5磅，例如0.5磅到3磅范圍內。手持式控制單元可具有任何便利的配置，例如具有一個或多個控制按鈕的手持棒、具有扳機的手持槍等，其中合適手柄配置的例子進一步在下文提供。
[0082]在某些情況下，手持式控制單元可包括監視器。監視器意指視覺顯示單元，其包括以圖像和/或文本形式向使用者顯示視覺數據的屏幕。屏幕可變化，其中所關注的屏幕類型是LCD屏幕。當存在監視器時，其可與手持式控制單元的其余部分集成或分離。因此，在某些情況下，監視器可為與手持式控制單元集成的結構，以使得其不能在不以某種方式損壞監視器的情況下與手持式控制單元分離。在其它實施方案中，監視器可為可分離的監視器，其中監視器可根據需要與手持式控制單元附接和分離，而不破壞監視器的功能。在此類實施方案中，監視器和手持式控制單元可具有各種不同的接合配置，例如手持式控制單元包括經配置以接納監視器的立柱的孔，而監視器具有經配置以卡扣到手持式控制單元的接納結構上的結構等。當存在監視器時，其具有足以與手持式控制單元一起使用的尺寸，其中所關注的屏幕尺寸可包括10英寸或更小，例如5英寸或更小，例如3.5英寸等。
[0083]監視器和手持式控制單元其余部分之間的數據通信可通過任何便利的配置來實現。例如，監視器和手持式控制單元的其余組件可通過一個或多個導線來連接。或者，兩個組件可經配置以經由無線通信協議彼此通信。在這些實施方案中，監視器包括無線通信模塊。
[0084]在一些實施例中，細長部件遠端可在手持式控制單元的顯著部分保持于固定位置時，圍繞細長部件之縱軸旋轉。因此，在將附接至細長部件近端的手持式控制單元保持于固定位置中時，至少細長部件遠端可在一定程度上轉動。給定裝置的旋轉程度可變化，并且可在0°到360°，例如0°到270°，包括0°到180°范圍內。當存在旋轉時，其可由任何便利的方法(例如通過使用電機)提供。
[0085]本發明的裝置可為可拋棄或可重復使用的。因此，本發明的裝置可為完全可重復使用的(例如多次使用裝置)或完全可拋棄的(例如，其中裝置的所有組件是一次性使用的)。在某些情況下，裝置可為完全多次性的(例如，所有組件可重復使用有限的次數)。裝置的每一個組件可單獨地為一次性使用的、具有有限的可重用性，或無限期可重復使用的，導致整體裝置或系統由具有不同可用性參數的組件組成。
[0086]其中手持式控制單元可重復使用的裝置是受關注的。在此類裝置中，細長部件經配置以便可與手持式控制單元分離。因為細長部件經配置以便可很容易地與手持式控制單元分離而不以任何方式破壞手持式控制單元的功能，因此手持式控制單元可附接到另一細長部件。因此，裝置經配置以使得手持式控制單元可相繼能操作地附接到多個不同細長部件。可在不使用任何工具的情況下用手將細長部件能操作地附接到手持式控制單元的配置是受關注的。可使用各種不同配置，例如其中(例如)通過卡扣組裝配置、插入和扭轉配置等來使細長部件近端接合手持式控制單元以提供兩者之間能操作的連接。在某些配置中，手持式控制單元具有經配置以接納細長部件近端的結構。
[0087]在某些情況下，手持式控制單元可簡單地通過在給定程序后拆下手持式控制單元，然后將新的細長部件附接到手持式控制單元來重新使用。在其它情況下，為了向手持式控制單元提供所需無菌性，裝置可包括附接到細長部件近端的可去除的無菌覆蓋物，其經配置以相對于環境密封手持式控制單元。此無菌覆蓋物(例如，呈下文更詳細地描述的護套形式)可為使用撓性袋子的可拋棄的無菌手柄罩蓋，其一部分貼附于可拋棄的細長部件的近端并予以密封。在需要時，無菌覆蓋物可包括集成的透明監視器罩蓋，其可為剛性的并且經配置以與監視器屏幕共形。在某些情況下，罩蓋可經配置以提供監視器的觸摸屏互動。如上所述，手持式控制單元可包括手動控制器。在這種情況下，無菌覆蓋物可包括用于密封機械控制器的撓性橡膠保護罩，即經配置以與手動控制器相關聯的保護罩部分。另外，無菌覆蓋物可在與手持式控制單元近端相關聯的區域中包括密封件。在這些情況下，無菌罩蓋的開放端在使用前可方便地安置于近端。將罩蓋定位于手持式控制單元周圍后，開放端可機械地附接到手柄并且通過有效的密封方法來閉合。這些實施方案的無菌罩蓋經配置以便其在使用時不阻礙手柄控制件或細長結構和監視器驅動。
[0088]除了(例如)上文較詳細地描述的遠端集成顯像傳感器以外，本發明的裝置還可包括遠端集成非顯像傳感器。換句話說，裝置可包括集成于細長部件遠端的一個或多個非顯像傳感器。一個或多個非顯像傳感器是經配置以獲得來自目標位置的非視覺數據的傳感器。所關注的非視覺數據包括(但不限于):溫度、壓力、pH值、彈性、阻抗、電導率、距離、大小等。所關注的非顯像傳感器包括經配置以獲得所關注的一種或多種類型的非視覺數據的傳感器。可集成于遠端的傳感器的例子包括(但不限于):溫度傳感器、壓力傳感器、pH值傳感器、阻抗傳感器、電導率傳感器、彈性傳感器等。傳感器的具體類型包括(但不限于):熱敏電阻、應變儀、膜片式傳感器、MEMS傳感器、電極、光傳感器等。特定類型傳感器的選擇取決于所關注的非視覺數據的性質。例如，壓力傳感器可在目標組織發生形變時檢測施加于其上的力以測定目標組織的彈性模量。溫度傳感器可用來檢測局部高溫(其可用于區分不同類型的組織，例如不同的正常組織和腫瘤組織(其中腫瘤展示增加的血流量，且因此展示較高的溫度))。經恰當準直的激光束可用來測定裝置觀察視野中的對象的距離或裝置觀察視野中的對象的長度尺度。當存在一個或多個集成非顯像傳感器時，其可經配置以補充裝置的其它遠端組件，以便(例如)以與上文結合集成照明元件所描述的方式類似的方式使對于遠端的外部尺寸的任何影響減少到最低限度。
[0089]在某些情況下，裝置包括組織修整物。組織修整物是以某種方式與組織相互作用以便以所需途徑來修整組織的組件。術語修整廣泛地用于指以某種方式改變，包括切割組織、切除組織、將藥劑遞送到組織，冷凍組織等。因此，組織切割器、組織切除器、組織冷凍/加熱元件、藥劑遞送裝置等是受關注的組織修整物。所關注的組織切割器包括(但不限于):刀片、流體噴射裝置、激光器和類似裝置。所關注的組織切除器包括(但不限于)切除裝置，例如遞送超聲能量的裝置(例如，在超聲切除中使用的裝置)、遞送等離子能量的裝置、遞送射頻(RF)能量的裝置、遞送微波能量的裝置等。所關注的能量傳遞裝置包括(但不限于):調節組織溫度的裝置，例如冷凍或加熱裝置等。在一些實施方案中，組織修整物不是像將組織截留于相對表面之間的裝置(例如，鉗樣裝置)所實現的那樣，通過夾緊、扣住或抓握組織來實現組織修整的組織修整物。在這些實施方案中，組織修整裝置不是經配置以(例如)通過將組織截留于相對表面之間來施加機械力以撕裂組織的元件。
[0090]在某些情況下，組織修整物是低剖面組織修整物，例如低剖面活檢工具或低剖面切割器。此類低剖面組織修整物包括定位于細長部件遠端的組織切割結構。因為活檢或切割工具是低剖面的，所以其在細長部件遠端的存在實質上不增加細長部件的外徑。在某些情況下，低剖面活檢工具的存在增加細長部件的外徑2mm或更少，例如1.5mm或更少，包括Imm或更小。低剖面活檢工具的配置可變化。在某些情況下，低剖面活檢工具包括環形切割部件，其圍繞細長部件遠端同心布置且經配置以便以足以接合組織的方式相對于細長部件遠端移動。環形切割部件可配置為或可不配置為完整環狀結構，其中所述環狀結構可以縱向方式相對于細長部件遠端移動(以使得其可沿著細長部件朝向和遠離細長部件的近端移動)。環狀結構的遠端邊緣可移動超過遠端細長部件一定距離，其中此距離可變化，且在某些情況下為1mm或更小，例如5mm或更小，包括3mm或更小。環狀結構的遠端邊緣可為尖銳的，以便穿透組織，并且可包括一個或多個組織固持結構(例如倒鉤、掛鉤、唇緣等)，其經配置以接合組織，且(例如)在環狀結構沿著細長部件朝向近端縱向移動時，使所接合的組織與環狀結構穩定地相關聯。例如所描述的切割工具也是受關注的。
[0091]在某些情況下，遠端集成顯像傳感器以RF屏蔽的顯像模塊形式存在。因為這些實施方案的顯像傳感器模塊是RF屏蔽的，所以顯像傳感器模塊包括實質上抑制(如果不完全阻止)周圍RF場到達顯像傳感器并與其電路相互影響的RF屏蔽。因此，RF屏蔽是實質上防止(如果不能完全阻止)周圍RF能量(例如，在下文更詳細地描述的由遠端RF電極提供的能量)影響顯像傳感器的電路功能的結構。
[0092]本發明的裝置的顯像傳感器模塊包括至少一個顯像傳感器。在某些實施方案中，裝置可進一步包括將顯像傳感器與裝置的另一位置(例如近端位置)導電連接的導電部件。額外組件也可存在于顯像傳感器模塊中，其中這些組件在下文更詳細地描述。
[0093]顯像傳感器模塊的RF屏蔽可具有各種不同的配置。RF屏蔽可包括一個或多個用以將顯像傳感器的電路與周圍RF磁場屏蔽開的圍封元件。在某些情況下，RF屏蔽是一個或多個與顯像傳感器、導電部件和顯像傳感器模塊的其它組件相關聯的接地導電圍封組件。在某些情況下，顯像傳感器模塊的顯像傳感器存在于外殼中，其中外殼可包括充當RF屏蔽組件的接地外導電層。在這些情況下，RF屏蔽是外接地導電層。RF屏蔽的顯像傳感器模塊的一個或多個導電圍封物可由各種不同的導電材料(例如金屬、金屬合金等)制成，其中所關注的特定導電材料包括(但不限于)銅箔等。在某些情況下，RF屏蔽是金屬層。此層在存在時可能在厚度方面會有所不同，但在某些情況下具有范圍在0.2mm到0.7mm，例如0.3mm到0.6mm并包括0.4mm到0.5mm的厚度。關于RF屏蔽的顯像模塊的額外詳細資料可見于第12/437，865號美國申請案中，其公開內容以引用的方式并入本文。
[0094]在某些情況下，可包括經配置以從細長部件的遠端區域(例如細長部件遠端)發射準直激光的準直激光器。這些實施方案的準直激光組件可經配置用于多種目的，例如(但不限于):顯像傳感器觀察視野內的解剖特征識別、解剖特征尺寸和距離的評定等。
[0095]本發明的裝置可使用任何便利的材料或其組合制成，所述材料包括(但不限于):金屬材料，例如鎢、不銹鋼合金、鉬或其合金、鈦或其合金、鑰或其合金，和鎳或其合金等；聚合材料，例如聚四氟乙烯、聚酰亞胺、PEEK等；陶瓷，例如氧化鋁(例如，STEATITE?氧化鋁、MAEC0R?氧化鋁)等。
[0096]在某些情況下，裝置可包括立體圖像模塊。立體圖像模塊意指根據由裝置獲得的圖像數據來提供立體圖像的功能模塊。因此，所述模塊經由監視器向使用者提供由裝置獲得的圖像數據所產生的圖像的三維視圖感知。根據“圖像”來描述所述模塊，并且應理解此描述同樣適用于靜止圖像和視頻。
[0097]當裝置包括立體圖像模塊時，所述裝置可包括兩個或更多個不同的顯像傳感器(例如，如下文評論的CMOS攝像頭)或單個顯像傳感器，立體圖像模塊經由所述單個顯像傳感器來收集和使用圖像數據以提供立體圖像。當細長部件包括第一顯像傳感器和第二顯像傳感器時，立體成像模塊經配置以處理由第一顯像傳感器和第二顯像傳感器提供的成像數據以產生立體圖像。在此類實施方案中，可使用任何便利的立體圖像處理程序。圖10說明了根據一個實施方案從圖像數據產生立體圖像的技術的方框流程圖。按順序從自第一位置移動到第二位置的單個顯像傳感器或(在存在兩個顯像傳感器的情況下)按順序或同時獲得左側和右側圖像數據(如方框1005表示)。左側圖像數據和右側圖像數據代表與同一顯像傳感器的每一相應位置或兩個不同顯像傳感器的相應位置相關聯的不同位置和視角。第一圖像和第二圖像的圖像數據可包括畸變，并且可使用某一算法，例如其中如方框1010表示，左側圖像數據和右側圖像數據如所展示首先經由校準元件加以扭曲以便去除透鏡畸變。可使用任何便利的算法。所關注的算法包括以下文獻中描述的算法:Luca Lucchese 的 “Geometric Calibrat1n of Digital Camerasthrough Mult1-view Rectificat1n” (Image and Vis1n Computing,第 23 卷，第 5期，2005 年 5 月，第 517-539 頁)和 Lucchese 的 “Correct1n of Geometric LensDistort1n through Image Warping，，(ISPA2003, Proceeding of the 3rd Internat1nalSymposium on Image and Signal Processing and Analysis (第三屆圖像和信號處理與分析國際研討會會刊)，2003年9月18日到20日，第I卷，第516-521頁)。由此產生的以方框1015表示的無畸變的左側和右側圖像然后通過立體和圖像融合算法處理以構成立體圖像，如方框1020、1022、1024、1026、1028表示。可使用任何便利的立體和圖像融合算法，例如(但不限于)以下文獻中描述的算法:Richard Szeliski的“SceneReconstruct1n from Multiple Cameras，，(Microsoft Vis1n Technology Group ;也參見,http: //research, microsoft.com/pubs/75687/Szelisk1-1CIP00.pdf) ；Y.Nishimoto和 Y.Shirai 的“A parallel matching algorithm for stereo vis1n”(IJCA1-1985-第2 卷，第 977 頁；也參見,http://iica1.0rg/Past % 20Proceedings/1.TCA1-85-V0L2/PDF/059, pdf) ；Zhu Shu-long 的 “ Image Fus1n Using Wavelet Transform”(Instituteof Surveying&Mapping !Commiss1n IV, Working Group IV/7 ;也參見.http://www.1sprs.0re/commiss1n4/proceedings02/pdfpapers/162.pdf) "‘Disparity fieldand depth map coding for multiview 3D image generat1n”，D.Tzovaras(ImageCommunicat1n, Signal Processing ； 1998,第 11 卷，第 3 期，第 205-230 頁)等。
[0098]立體算法通過使用三角測量來計算顯像傳感器所見對象的距離信息。不同觀察點所見的對象導致第一顯像傳感器和第二顯像傳感器的圖像數據中的對象處于不同位置。將視差或圖像差異用于測定對象的深度和范圍。可識別第一顯像傳感器和第二顯像傳感器的圖像數據中的相應的像素點，并將其用于測定如區塊1024所表示的視差線。因為第一顯像傳感器與第二顯像傳感器處于不同位置且因此具有不同視角，所以圖像數據中存在的同一對象對于第一顯像傳感器與第二顯像傳感器來說可處于不同像素坐標位置。如區塊1026表示的三角測量可基于與第一顯像傳感器和第二顯像傳感器的位置相關的幾何學來實施，可用來測定顯像傳感器所見對象的深度和范圍。采用三角計算以得出范圍數據，并且由此產生的范圍(或深度)映射可根據需要在圖像顯示上重疊。此過程在圖10的區塊1028中表示。因而可從來自第一顯像傳感器和第二顯像傳感器的圖像數據重建考慮到三維深度信息的立體圖像。
[0099]圖1lB說明了根據某些實施方案的稍微偏移的顯像位置。圖1lB說明了兩個顯像傳感器，即用于對象A和B的第一視圖的1142以及用于對象A和B的第二視圖的1144。如上文所描述，對象的深度和范圍與圖1lA相似。
[0100]關于使用由兩個或更多個不同顯像傳感器獲得的圖像數據的立體圖像模塊的方面的進一步詳細資料可見于第12/269，770號美國申請案，其公開內容以引用的方式并入本文。
[0101]經配置以便從由單個圖像傳感器獲得的數據提供立體圖像的立體圖像模塊也是受關注的。在此類實施方案中，圖像傳感器經配置以向立體圖像模塊提供目標組織位置的連續偏移圖像數據，所述連續偏移圖像數據然后由立體圖像模塊用來提供所需立體圖像。連續偏移圖像數據意指圖像數據包括至少來自目標組織位置第一視圖的數據和來自同一目標位置第二視圖的數據，其中第二視圖從第一視圖偏移。第二視圖可從第一視圖偏移任何便利的距離，例如Imm或更少,包括0.5mm或更少。第一偏移視圖和第二偏移視圖可使用任何便利的方法獲得。在一種方法中，單個顯像傳感器從第一位置移動到第二位置以便獲得所需偏移圖像數據。單個顯像傳感器可使用任何便利的方式(例如通過在物理上將傳感器從第一位置移動到第二位置的機械元件)從第一位置移動到第二位置。在其它實施方案中，所需偏移視圖可通過能操作地耦合到經配置以提供所需第一偏移視圖和第二偏移視圖的光學引導系統(其可包括一個或多個透鏡、反射鏡、濾光器等)的單個顯像傳感器來獲得。例如，可通過包括交替地將圖像數據傳送至顯像傳感器的第一和第二透鏡系統來將第一偏移視圖和第二偏移視圖提供給單個顯像傳感器。也可通過(例如)包括具有經配置以向透鏡提供兩個或更多個不同視圖的反射鏡的單個透鏡系統來提供偏移視圖。獲得第一偏移視圖和第二偏移視圖的頻率可變化，在某些情況下頻率可在I到30幀/秒，例如I到15幀/秒范圍內。可實施各種系統以通過單個攝像頭來提供多個視圖。所關注的系統包括(但不限于)在以下文獻中描述的系統:s.Hill的“ScalableMult1-view Stereo Camera Array for Real World Real-Time Image Capture and ThreeDimens1nal Displays，，(Massachusetts Institute of Technology, Program in MediaArts and Sciences School of Architecture and Planning ；May 7,2004 年 5 月 7 日；也參見，http://web.media, mit.edu/ ?vmb/papers/hi 11ms.pdf) ； Chunyu Gao 等人的“Single Camera Stereo Using Planar Parallel Plate，，(Beckman Institute, Universityof Illinois at Urbana-Champaign ；也參見,http://vis1n, a1.uiuc.edu/newpubs/Stereo PPP Ga0.pdf);以及 Mitsumoto, H.等人的 “3_D Reconstruct1n Using MirrorImages Based on a Plane Symmetry Recovering Method，，(IEEE Transact1n on PatternAnalysis and Machine Intelligence ;第 14 卷；第 9 期,1992 年 9 月，第 941-946 頁)。
[0102]圖1lA說明了單個顯像傳感器1105，其移動到兩個不同位置(1101和1102)以按順序獲得圖像數據，所述圖像數據由立體圖像模塊用來產生對象A和B的立體圖像。第一顯像位置1101和第二顯像位置1102彼此偏移寬度為W，其可變化，在某些情況下范圍為Imm或更小，例如0.5mm或更小。以焦平面距離Z安置的對象A和B在第一位置和第二位置下以不同的視角被觀察到(分別以虛線1115、1120展示)。觀察視角的差異反映在單個圖像傳感器從第一位置和第二位置獲得的圖像數據上。如圖所示，第一顯像傳感器1105在位置1101時觀察到對象A和B偏向中心的右側，且在位置1102時觀察到對象A和B偏向中心的左側。兩個視圖之間的視差用來測定對象A和B的深度和范圍。
[0103]立體圖像模塊可實施為經配置以接收由一個或多個顯像傳感器獲得的圖像數據的視頻處理器模塊。立體圖像模塊處理圖像數據以提供用于在顯示器上顯示的立體圖像數據。
[0104]在某些實施方案中，本發明的裝置包括圖像識別模塊。所關注的圖像識別模塊是經配置以接收圖像數據并將所接收的圖像數據與包括顏色描述符數據和解剖描述符數據中的至少一者的參考相比較以決定是否應產生警報信號的模塊。本文中使用的術語“參考”是指針對(例如)一個或多個參考圖像的以(例如)一種或多種圖像文件等形式保存的任何格式的數據，其中數據可由適當的處理器用來產生一個或多個參考圖像。因此，參考至少包括針對第一參考圖像的第一參考圖像數據集。在某些情況下，參考也包括針對第二參考圖像的第二參考圖像數據集。在此類實施方案中，參考可包括針對多個參考圖像的若干參考圖像數據集，例如，2個或更多個、5個或更多個、10個或更多個、25個或更多個、50個或更多個、100個或更多個、1000個或更多個、1500個或更多個、2000個或更多個、5000個或更多個、10，000個或更多個參考圖像等。
[0105]參考圖像是所關注的區域的預定圖像。因為參考圖像是預定的，所以其為與圖像處理模塊所接收的圖像數據無關而產生的圖像。在某些情況下，參考圖像是獲得圖像處理模塊所接收的圖像數據前現存的圖像。參考圖像可為從給定程序期間所顯現的同一受試者(例如，個人)(例如，參考圖像從給定程序前的受試者獲得)或不同受試者(例如，個人)獲得的圖像。另外，參考圖像可重新產生，以使得其并非從由任何真實受試者獲得的圖像數據產生，而是(例如)通過使用手工或計算機輔助圖形協議來設計的。
[0106]構成參考的參考圖像可在許多方面彼此不同。例如，任何兩個給定參考圖像可為不同內部組織位置的所關注區域的圖像。在此類參考中，所述參考可包括相對于預定內部組織位置彼此不同的第一預定圖像和第二預定圖像。例如，參考可包括至少第一組織位置和第二組織位置的圖像。第一組織位置和第二組織位置可為給定裝置可預期在給定程序期間(例如手術程序期間)成像的位置。在某些情況下，參考包括在給定程序期間在程序得以正確執行時給定顯像傳感器應成像的不同位置的多個圖像。參考也可包括顯像傳感器在給定程序期間不應觀察的不同組織位置的圖像，例如在所關注的給定程序得以正確執行時不應由傳感器查看的組織位置的圖像。因此，一些參考可包括在整個程序(例如整個手術程序)期間追蹤正確和不正確地定位的裝置的位置的多個圖像。
[0107]參考中的圖像數據集可能包括一個或多個顏色描述符數據和解剖描述符數據。顏色描述符數據意指基于給定內部組織部位和其組分的特定顏色的數據。例如，內部組織部位可包括各自具有不同顏色的一個或多個組織。例如，例如肌肉、神經、骨骼等的不同組織可具有不同顏色。這種獨特顏色可以顏色描述符數據形式存在于參考圖像中，并且由圖像處理模塊使用。解剖描述符數據意指基于內部組織部位的一個或多個組織結構的特定形狀的數據。例如，例如肌肉、神經、骨骼等的不同組織具有不同形狀。這些不同形狀以解剖描述符數據形式存在于圖像數據中。
[0108]如上文所概述，圖像識別模塊將所接收的內部組織部位的圖像數據(例如，在所關注的給定程序期間獲得)與參考比較。圖像識別模塊執行的比較可使用任何便利的數據處理協議來實現。可在此比較步驟中使用的數據處理協議可基于顏色描述符數據和/或解剖描述符數據將所接收的圖像數據與參考進行比較。所關注的數據比較協議包括(但不限于):數據描述符和存儲的值(例如，平均顏色強度)之間的平均絕對差，和結構主軸和存儲的值之間的相關程度。
[0109]在執行此比較步驟中，圖像識別模塊可經配置以自動地從參考中選擇適當的圖像以便對照所接收圖像數據進行比較。在某些情況下，圖像識別模塊經配置以通過基于所測定的裝置位置定位來選擇適當的參考圖像數據集，從而將所接收的圖像數據與參考進行比較。例如，圖像識別模塊可獲得關于裝置的位置信息(例如，可從裝置上的傳感器獲得或手動地輸入并與給定圖像相關聯)，然后選擇在裝置獲得所接收的圖像數據時裝置所處的相同定位位置的參考圖像。另外，圖像識別模塊可基于相似性參數自動地選擇適當的圖像數據集。例如，圖像識別模塊可自動地從用于比較步驟中的參考選擇最相似的圖像數據集。
[0110]圖像識別模塊將所接收的圖像數據與參考進行比較以便決定是否應產生警報信號。換句話說，圖像識別模塊的輸出決定是否應產生警報信號。如果圖像識別模塊決定應產生警報信號，其可產生警報信號或指示系統的單獨模塊產生警報信號。
[0111]當產生警報信號時，其可取決于系統性質而變化。警報信號可為關于給定系統參數的警告信號或向系統操作者確認所關注的給定系統參數為可接受的信號。在一些實施方案中，警報信號可包括關于裝置的功能信息。例如，在這些實施方案中，警報信號可包括給定裝置正常運作的信息。在一些實施方案中，警報信號可包括關于裝置的位置信息。例如，警報信號可包括關于給定裝置是否正確空間定位的信息。在這些實施方案中，警報信號可含有裝置的組織修整物接觸非目標組織以致組織修整物空間定位不正確的信息。
[0112]系統可經配置而以各種不同方式使用警報信號。系統可經配置以(例如)經由系統的警報信號輸出來向系統的使用者提供警報信號。另外或替代地，系統可經配置以基于警報信號的產生來自動地調整系統的一個或多個操作參數。例如，當圖像處理模塊確定組織修整物接觸非目標組織并因此產生警報信號時，警報信號可(例如)通過將其停用來自動地調整組織修整物的運作。在某些情況下，警報信號可自動地關閉系統。
[0113]關于圖像識別模塊的進一步詳細資料提供于第12/437，186號美國申請案中，其公開內容以引用的方式并入本文。
[0114]例如如上所述的立體模塊和圖像識別模塊可根據需要實施為軟件，例如數字信號處理軟件；硬件，例如電路；或其組合。
[0115]在一些實施方案中，裝置可包括經配置以在細長部件遠端和定位于裝置近端的入口端之間傳送物品的傳送結構，所述入口端(例如)與細長部件的近端相關聯或與手持式控制單元相關聯。此傳送結構可具有任何便利的配置，其中在某些情況下其為布置于細長部件內的“工作導槽”。當以工作導槽形式存在時，導槽可具有變化的外徑，并且在某些情況下具有3mm或更小的外徑，例如2mm或更小并且包括Imm或更小。傳送結構可經配置以向內部目標部位或從內部目標部位運輸物品，例如流體、藥品、裝置。因此，傳送結構的近端入口端可變化，并且可經配置以能操作地耦合至各種不同類型的組件，例如(但不限于):抽吸裝置、儲液罐、裝置致動器等。
[0116]如在別處所指示，本發明的裝置可經配置以進行無線數據傳輸，例如用于提供以下一或多者:在裝置的不同組件之間傳輸數據、在裝置組件和另一裝置(例如醫院信息系統、單獨監視器等)之間傳輸數據。可使用任何便利的無線通信協議，其中在某些情況下以一個或多個無線通信模塊形式來實施無線通信。
[0117]可存在視頻處理器模塊，并且其經配置以通過向包括顯像傳感器的攝像頭模塊發送攝像頭控制數據來控制一個或多個不同顯像傳感器。視頻處理器也可經配置以接收來自一個或多個傳感器和/或工具的傳感器數據，并且可進一步經配置以通過向包括一個或多個傳感器和/或工具的傳感器模塊發送傳感器控制數據來控制傳感器和/或工具。各種傳感器可包括(但不限于)與壓力、溫度、彈性、超聲聲阻抗有關的傳感器、用于有助于傳感器識別和/或測量差異的激光指示器等。各種工具可包括(但不限于)量尺、淚滴狀探針、活檢探針、鑷子、剪子、植入裝置、IR照明設備、超聲測量裝置、切割工具等。取決于具體應用和所實施的傳感器/工具，傳感器數據也可包括于由立體圖像模塊處理的圖像數據中，以便提供立體照相圖像。
[0118]在某些情況下，本發明的裝置包括可更新的控制模塊，其意指裝置經配置以使得裝置的一種或多種控制算法可更新。更新可使用任何便利的協議實現，例如使用導線連接(例如，經由裝置上的USB端口)或無線通信協議來傳輸更新算法數據至控制模塊。更新的內容可能會有所不同。在某些情況下，手持式控制單元經更新以將該單元配置成可與特定細長部件一起使用。通過這種方式，同一手持式控制單元可與可在功能方面不同且具有不同組件的兩個或更多個不同細長部件一起使用。在某些情況下，更新信息可從特定細長部件本身傳輸，以使得在細長部件能操作連接至手持式控制單元后，更新信息從細長部件轉移到手持式控制單元，從而更新手持式控制單元的控制模塊以使得其可與特定細長部件一起操作。更新信息也可包括一般功能更新，以使得手持式控制單元可在任何所需時間更新以包括一個或多個額外軟件功能和/或修改裝置的一個或多個現有程序。更新信息可從任何來源(例如特定細長部件、互聯網等)提供。
[0119]現在轉向附圖，圖1A到圖1K說明本發明的整裝、便攜式診斷成像裝置的一個實施方案。在這些附圖中說明的手持式、整裝、便攜式診斷成像裝置100包括機頭114和具有遠端集成CMOS傳感器的以可去除方式附接的細長部件111，其在本文中稱為“探針件”。參見圖1K0
[0120]從外部看，如圖1A和IC所示的探針件包括遠端尖頭120、細長管狀結構110和與機頭的機械連接器150。從外部看，如圖1A和IC所示的機頭包括由監視器130和取決于實施方案而可附接至監視器外殼或機頭頂端部分的監視器支架135組成的可旋轉和可去除的監視單元113、用作編程輸入或視頻和靜止圖像輸出的單個端口 170 (例如USB端口)、管理裝置功率輸入的通斷開關180、頂蓋165、底蓋160、圖像采集和數據傳輸和控制的開關145，和控制探針件旋轉的開關140。此開關140通常具有三個用于控制電機旋轉的位置:一個位置用于使電機順時針方向旋轉、一個位置用于使電機逆時針方向旋轉，并且位于中心的位置為空檔。最后，如圖1D和IE所示，存在用于取出電池195的電池門190。
[0121]從內部來看，如圖1B所示，裝置另外含有可再充電電池195、電子控制板190和用于實現裝置的所有電氣和光學組件與電子控制板190之間信號發送和接收的連接器199。
[0122]如圖1D和圖1E所示，在探針件的遠端尖頭120內是透鏡122 (例如棱鏡透鏡或平面透鏡(例如蓋玻璃))和CMOS顯像傳感器(在本文中稱為攝像頭)124。在探針件的細長結構部分110內是用于將攝像頭124與電子板190上的連接器199電連接的導線128。還在探針件內布置了照明器126以便在遠端尖頭120處提供照明，且照明器126通過連接器199連接到電子控制板190。
[0123]在如圖1D、圖1E和圖1G所示的本發明當前實施方案中，在機頭內還有齒輪傳動電機156。齒輪傳動電機156經由齒輪傳動中間件154連接至探針件。齒輪傳動電機156和探針件的中間件154之間的連接以允許探針件逆時針和順時針方向旋轉的方式定向。將探針件與機頭連接的連接器150不與中間件154 —起旋轉。
[0124]在另一實施方案中，如圖1H所示，在探針件和電機157之間可存在通過中間件155實現的摩擦和旋轉連接，例如橡膠與橡膠接觸連接。電機157和中間件155以允許探針件逆時針和順時針方向旋轉的方式定向。將探針件與機頭連接的連接器150不與中間件155
一起旋轉。
[0125]最后，參看圖1E和圖1F，在機頭內存在用于將監視器支架135電耦合至電子板190的連接器137。連接器137經配置以允許監視器支架135且由此允許與監視器支架135連接的監視器130旋轉，而連接器137或將連接器170連接至電子板190的相關布線不會粘連、破裂或扭結。
[0126]在本發明的另一實施方案中，便攜式診斷成像系統100可包括向和從位于機頭外部且位于探針件的遠端尖頭120外部的位點運輸材料、藥物和植入物的元件，例如以工作導槽形式配置的管腔。如圖1F所示，存在端口連接115，例如連接至其它鎖定連接器的鎖定連接器，例如連接至管材的有倒扣的連接器，如用于連接至管材的壓縮連接器。此端口連接器115可安置于機頭165和160的外側半部并伸出，并且處于便于使用裝置的任何位置。機頭和探針件的內部是將端口 115與端口 391連接的管道，所述端口 391如圖3B和圖3D所示位于探針件的遠端尖頭120的極遠端，由此可遞送來自機頭100的材料、藥物或植入物。在另一實施方案中，可將材料、藥物或植入物抽吸至探針件的遠端尖頭120的端口 391中，并且通過探針件和機頭內的管道運輸，通過位于機頭上的端口 115退出。
[0127]如上所述，本發明的裝置可包括電子板190。圖1I展示電子板190和其相關聯組件的一個實施方案。一般來說，電子板190電連接的一群組件是如方框146和147表不的控制電路的電子元件。在圖11的實例中，在電子板190上有電子元件的兩個位置146和147，但是在本發明的其它實施方案中，可能只需要電子元件安置于電子板190的一側或另一側，而不必是如圖1I所建議的電子元件占據區域146、147。
[0128]電附接至電子板190的另一物品是在電子板190與外部傳輸或接收構件之間傳輸數據的電氣連接器170。在本發明的一個實施方案中，電氣連接器170可用來(例如)通過計算機對可位于電子板190的電子元件區域146和/或147的芯片進行編程。在另一實施方案中，電氣連接器170可用于下載由位于探針件構件的遠端尖頭120的攝像頭捕獲的視頻或靜止圖像，并存儲在可位于電子板190的電子元件區域146和/或147的存儲器芯片中。另外，此存儲器芯片可從本發明物上去除或重新附接到本發明物上。在本發明的另一實施方案中，電子連接器170可用來向外部監視器發送視頻信號。在另一實施方案中，如果本發明物中不包括無線系統，則電氣連接器170可具有外部裝置(例如無線適配器)，在一個實施方案中，將其附接以便以無線方式將來自本發明物的數據發送到外部接收裝置(例如監視器)，或以無線方式向和/或從(例如)計算機或其它計算裝置發送和接收數據。
[0129]如前所述，還存在附接到電子板190的用于開啟和關閉本發明裝置的開關180。在一些實施方案中，開關180允許來自圖1B中展示的電池195的功率傳送至電子板190。
[0130]如圖1I所示，還存在附接至電子板190 (例如，位于電子元件區域146或147處的電子元件)的一連串用于控制本發明物的開關145。在此實施方案中，存在用于控制本發明物的三個此類開關145，但是取決于本發明的不同實施方案所需的控制件的數量，一定數量的開關145 (例如I到10個開關)可存在于此裝置上。開關145可控制的對象的一個實例是攝像頭的圖像采集。開關可應用的對象的另一實例是將來自此裝置內的存儲源的數據(例如靜止圖像)發送到外部源，例如計算機。開關可應用的對象的另一實例是控制本發明物內的照明。如前所述，存在需要開關控制的多個構件，并且本發明的實施方案上的控制件的數量將與此類需要有關。
[0131]另外附接到電子板190 (例如位于電子元件區域146和147中的一個或兩個區域上的電子元件)的是用于控制電機旋轉，從而控制導管件旋轉的開關140。在一個實施方案中，開關140可經配置以具有三個位置中的一個，其中例如在中間存在空檔位置，并且根據使用者輸入確定，在空檔位置任一側的位置可用于順時針或逆時針方向旋轉電機。
[0132]另外附接到電子板190，并且在需要時附接到位于電子元件區域146和147中的一個或兩個區域上的電子元件的是一連串連接器199。這些連接器199可履行多種功能，包括控制電機157或156、攝像頭122、照明設備126和監視器130。在另一實施方案中，連接器與位于導管的遠端尖頭120的傳感器連接。
[0133]如圖1J所示，便攜式診斷成像系統100具有將裝置100的探針件111與裝置100的機頭112連接和分離的連接器。在一個實施方案中，將裝置100的探針件111與裝置100的機頭112附接和分離的目的是將來自探針件111的一個實施方案的探針件111更換為另一探針件，當多個不同探針件ill中的兩個具有醫生需要的不同功能時，就需要進行此類更換。在圖1J的另一實施方案中，裝置100的探針件111與機頭112分離的目的是為了醫生必須遵循的(例如)醫學應用的無菌性要求。例如，如果醫生需要將裝置100用于更多個患者中的兩個，醫生將需要除去探針件111，并且將新的無菌探針件111附接到機頭112上。
[0134]在當前裝置100的另一實施方案中，如圖1K所示，監視器113也可與機頭114分離。將監視器113與機頭114分離的功能是幫助醫生在不同位置觀察攝像頭。在這種情況下，監視器113將與機頭114無線連接以便允許視頻信號從機頭114內的電子器件發送到監視器113。
[0135]圖2A展示探針件111的遠端尖頭120的剖視圖。圖2A展示了構成用于產生可在監視器上展示的圖像的攝像頭和照明模塊的必要組件。所描述的攝像頭和照明模塊允許離軸觀察，并且因此構成離軸觀察模塊，其在下文更詳細解釋。棱鏡透鏡122覆蓋探針件111的細長部件110的末端。棱鏡透鏡122的目的是允許與探針件的軸呈一定角度(例如30度)來成像。在一個實施方案中，在棱鏡透鏡的近端展示攝像頭外殼124。此外殼124中包括一連串透鏡250、光圈240、濾光器230和226和通過粘著劑224附接到濾光器226的CMOS成像芯片220。在攝像頭的其它實施方案中，可根據產生不同圖像的需要具有更多或更少的組件。另外，芯片220機械且電附接至電路板210，所述電路板210在芯片220和本發明的機頭內的電子器件之間傳輸信號。集成照明器128也位于導管件的遠端尖頭120內。在一個實施方案中，集成照明器可為與用機頭內的電池供電的LED或其它光源連接的光學纖維束。在另一實施方案中，集成照明器128可由例如塑料或光傳輸硬樹脂或光傳輸液體或空氣的光傳播材料制成，其均如前所述與機頭114內的LED或其它光源連接。
[0136]在另一實施方案中，在如圖2D所示的遠端尖頭120內的組件中，蓋玻璃123代替圖2A中的棱鏡透鏡122予以安置。在這種情況下，蓋玻璃123允許觀察直接處于傳感器芯片224前方的圖像。此配置是“同軸”成像模塊的實例。
[0137]機械地安置于棱鏡122后面的集成照明器128和攝像頭的一個難題是來自集成照明器128或其它來源的散射或非預期光，其可干擾攝像頭，從而產生欠佳圖像。為了解決這個問題，顯像模塊可包括濾光系統。圖2B是用于控制來自集成照明器128或其它光源的光入射至芯片220上的濾光系統的一個實施方案。與濾光器270相對的濾光器260經起偏，以使得尤其來自導管件的遠端尖頭120內所包括的集成照明器128的非預期光不太可能進入攝像頭。
[0138]如圖2C所不,在濾光構件的另一實施方案中，偏振濾光器270位于攝像頭外殼124內所包括的透鏡250的遠端，但是在棱鏡透鏡的近端。
[0139]圖2E和圖2F是如前所述并展示于圖2B和圖2C中的用于控制來自集成照明器128或其它光源的光入射到傳感器芯片220上的濾光系統的實施方案,例外之處在于如圖2E和圖2F所示的濾光器位于蓋玻璃123而非如圖2B和圖2C所示的棱鏡透鏡122的近端。
[0140]現在參考圖3A到圖3D，其展示位于裝置的探針件的遠端300的組件的機械布置的幾個實施方案的末端視圖。如圖3所示，探針件壁310的末端視圖在其內周長以內偏心安置了攝像頭外殼340、攝像頭鏡頭和顯像傳感器330。另外，集成照明器320的末端視圖(例如光纖束末端)安置于攝像頭外殼340和探針件壁310的內周長之間的空間中。集成照明器320具有新月形構型以便與攝像頭外殼結構相符。
[0141]圖3B說明了與圖3A中所展示的探針件末端類似的探針件末端。在圖3B中，非顯像傳感器(例如，壓力傳感器)390位于探針件的一側，并且端口 391位于探針件的相對偵U。端口 391可與沿著探針件長度的至少一部分延伸的管腔能操作連接，并且可履行多種功能，包括以上描述的功能，例如遞送活性劑等。
[0142]安置于裝置的遠端300的組件的機械布置的另一實施方案展示于圖3C中。探針件壁310的末端視圖在其內周長以內同心安置了攝像頭外殼340和攝像頭鏡頭和顯像傳感器330。另外，集成照明器350的末端視圖(例如光纖束末端)安置于攝像頭外殼340和探針件壁310的內周長之間的空間中。
[0143]圖3D說明了與圖3C中所展示的探針件末端類似的探針件末端。在圖3D中，非顯像傳感器(例如，壓力傳感器)390位于探針件的一側，并且端口 391位于探針件的相對偵U。端口 391可與沿著探針件長度的至少一部分延伸的管腔能操作連接，并且可履行多種功能，包括以上描述的功能，例如遞送活性劑等。
[0144]從傳感器到裝置機頭中的控制模塊的數據傳輸可使用任何便利的方法實現。在某些實施方案中，將信息從傳感器390傳輸到機頭內的電子器件是通過經由導線394到電子板190的點392處的連接來實現的，所述導線394如圖3E所示從傳感器390穿過探針件到達機頭中。圖3F說明從位于探針件遠端的端口 391到機頭中的端口 398經由在端口 391和398之間延伸并穿過探針件內部的開放管道396 (例如管子)的連接的一個實施方案。
[0145]現在參看圖4A到圖4F，其展示經配置以保持機頭無菌性的幾個不同實施方案。如圖4A到圖4F所說明，提供在探針件111周圍的位置460處可密封地連接至探針件111的無菌護套(或袋子)400或404。護套400或404包括護套件450。護套也可包括一個或多個額外組件，例如透明監視器罩蓋420和/或或撓性保護罩430。護套400或404通過護套450的機頭部分中的開口 440包裹在一個實施方案的機頭112(圖4C和圖4D)、102(圖4E)、104(圖4F)上。另外，提供在某一實施方案的機頭112、102、104周圍的開口 440處密封護套件450的密封件；例如，將護套件450在開口 440處折疊并用膠帶或另一方法將其密封。
[0146]如上所述，并且如圖4A和圖4C所示，護套400的某一實施方案可具有與其連接并密封在一起的剛性和透明監視器罩蓋420和撓性保護罩430。監視器罩蓋420的目的是在保持護套400的密封性的同時使機頭112的監視器構件能夠運作。監視器罩蓋420可由(例如)具有可卡扣在監視器構件上的機械特性的透明塑料組成，其目的是允許實施本發明的醫生清晰地觀看監視器。撓性保護罩430可由例如橡膠組成，其在保持護套400密封性的同時具有可卡扣在機頭112的控制元件(例如開關)上的機械特性。參看圖4D，機頭護套部分450然后可如先前描述在位置440處密封于機頭112上。
[0147]在護套404的另一實施方案中，如圖4B所示，將在以上實施方案中提到的撓性保護罩430與其連接并密封在一起，但是沒有圖4A的監視器罩蓋420。護套404的此實施方案的目的是能密封圖4E的沒有附接監視器的機頭102。在這種情況下，機頭102上可安置有附接結構480，其中可根據實施本發明的醫生的使用需要來附接和/或去除監視器構件。
[0148]在護套構件404的另一實施方案中，如圖4F所示，如前一實施方案中所提到的撓性保護罩430與護套件450連接并密封在一起，但是沒有圖4A的監視器罩蓋420，此護套構件用于密封在圖4F機頭位置470處未安置有可用來支承監視器的圖4E功能部件480的機頭 104。
[0149]在本發明的一個或多個實施方案中，可能需要使攝像頭在一個或多個方向觀察，例如除了可通過旋轉導管件來實現的方向以外的相對于導管件軸的角度。攝像頭觀察的方向可為可控制的或固定的。現在參看圖5A到圖5B，其展示探針件的撓性和可控制部分500的一個實施方案。在此實施方案中，控制纜線550 (例如絞合線或棒)在遠端位置530處連接到管狀探針件部分540并位于其中，并且在遠端透鏡520后面。控制纜線550連接到機頭內的控制件(例如機械開關)，從而可對其進行致動，例如朝向裝置近端拉動。在此方法中，控制纜線的致動將引起探針件的撓性部分500如圖5B所示發生彎曲。然后(例如)通過彈簧構件，或可能通過使控制纜線550朝向遠端裝置致動，探針件的撓性部分500可返回到如圖5A所示的位置。
[0150]探針件的撓性部分500可以允許探針件的此部分在一個或多個方向彎曲的方式來構建。如圖5A-5B所示的實施方案展示通過提供一連串用疏水性管材510覆蓋的切口來形成探針件的撓性部分500的方法的一個實例。在這種情況下，撓性部分500經配置以在一個方向上撓曲，其如圖5B展示。另外，包圍切口 510的疏水性管材的目的是在允許撓性部分500撓曲的同時防止材料(例如水)進入探針件內。取決于切口的數量和定向，此撓性部分500可以多個方向和角度來撓曲，并且可由與開關或機頭內的其它機械控制件連接的多個共存的控制纜線來控制。
[0151]圖5C展示攝像頭以相對于導管件中心軸的一定角度(例如30度)進行觀察的另一實施方案。在這種情況下，在導管件505的端接于導管件遠端尖頭處的透鏡520的近端的此部分中，存在以一定角度形成的彎曲部560。導管件505的此部分的彎曲部560可為剛性的，例如彎曲鋼管的情形；或為撓性的，例如成形撓性塑料管的情形。當成形彎曲部560具有撓性時，其內部可有彈簧(例如，鎳鈦記憶合金(NITIN0L)絲)，其經配置以使醫生可將此部分505臨時彎曲至與導管件中心軸對齊的筆直位置，并且在釋放時將彎回到成形位置。
[0152]如果實施本發明的醫生需要診斷(例如)組織，可能需要醫生取回所診斷的材料的一部分。現在參看圖6A到圖6B，其展示可控低剖面活檢工具的一個實施方案。圖6A展示探針件的遠端尖頭120的一個實施方案的剖視圖。圖6B展示探針件的遠端尖頭120的一個實施方案的外部側視圖。在這種情況下，存在包括切割件610和控制件612的低剖面活檢工具。切割件610圍繞探針件120遠端同心布置，并且經配置以便以足以接合組織的方式相對于探針件120遠端移動。控制件612(例如棒)可附接至切割件610，并且其可延伸至機頭，從而通過機械構件來致動。
[0153]可能存在實施本發明的醫生需要鏟刮或切割材料(例如組織)的情形。現在參看圖7，其展示切割或鏟刮工具的一個實施方案。此圖展示探針件的遠端尖頭120的一個實施方案的剖視圖。在這種情況下，存在包括切割件710和控制件712的低剖面切割或鏟刮工具，并且所述物件圍繞探針件120遠端同心布置。此工具可經配置以便以足以接合材料(例如組織)的方式相對于導管件120遠端移動。在另一實施方案中，此工具可經配置以便以足以接合材料(例如組織)的方式相對于導管件120遠端沿圓周旋轉。在另一實施方案中，此工具可固定于導管件120遠端。控制件712(例如管或棒)可附接至切割件710，并且其可延伸至機頭，從而在特定實施方案的工具需要時，通過機械構件來致動。
[0154]有可能實施本發明的醫生需要在材料(例如組織)中或附近或周圍部署一個或多個傳感器。此類情形可能發生于診斷材料(例如組織)時，其中監視有問題的材料需要連續感應并且也需要使(例如)所診斷的病人遠離本發明的顯像構件。現在參看圖8，其展示通過有線連接810并入本發明裝置100中的可部署的傳感器812的一個實施方案。或者，可使用無線通信模塊而不是有線連接810。如所說明，有線連接穿過如圖3B和圖3D所示的端口 391，然后其穿過探針件的遠端尖頭120和探針件的細長部件110和探針件的連接器150。然后有線連接810連接至機頭內的電子板，從而使其輸出可得到處理。此處理輸出可(例如)顯示于監視器上和/或記錄到電子板上的存儲器芯片中。有線連接810可具有足夠的松弛部分(例如額外導線長度)以便允許傳感器安置于距顯像傳感器一定距離處，例如200_。在一個實施方案中，可部署的傳感器812可具有有助于部署傳感器的機械功能件，例如鉤子或長釘或倒刺。
[0155]如前所述，傳感器812可進行無線部署。在這種情況下，傳感器812將以無線方式連接至手柄內的電子板，從而使其輸出得到處理。可使用任何便利的無線通信協議。此處理輸出可(例如)顯示于監視構件上和/或記錄到電子板上的存儲器芯片中。
[0156]圖9說明了根據一個實施方案的包括視頻處理器模塊905的系統900的功能方框圖。視頻處理器模塊905包括與傳感器模塊960、攝像頭模塊950和顯示器980通信的處理器/控制器模塊910。處理器/控制器模塊910包括前端模塊915、后端模塊920、微控制器930和圖像協處理模塊940。圖像協處理模塊940包括(例如)立體圖像模塊，并且執行先前描述的立體圖像模塊的功能和操作。
[0157]攝像頭模塊950可包括單個顯像傳感器，或兩個或更多個提供圖像數據的不同顯像傳感器。前端模塊915包括接收來自攝像頭模塊950的圖像數據的電路。從攝像頭模塊950接收的圖像數據由立體圖像模塊(即通過圖像協處理模塊940)處理以提供立體圖像數據。例如，如前所述，分別來自不同顯像傳感器的圖像數據可經扭曲處理以校正圖像畸變，并且考慮到三維深度信息來加以合成，從而構成單個立體圖像。后端模塊920包括將立體圖像數據發送至顯示器980的電路。顯示器980顯示圖像數據的三維視圖供使用者觀看。
[0158]視頻處理器模塊905可經由I2C總線與(例如)攝像頭模塊950電耦合，其中攝像頭模塊950經配置為附屬裝置，且微控制器930為主控裝置。微控制器930可經配置以向攝像頭模塊950發送攝像頭控制數據。攝像頭控制數據可包括信息請求(例如，與測試/調試有關的信息、校準數據等)或提供控制攝像頭模塊950 (例如，控制兩個或更多個不同顯像傳感器等)的指令。
[0159]傳感器組件960可包括一個或多個先前描述的傳感器和/或工具。所實施的一個或多個傳感器和/或工具可提供與其特定功能和應用相關的傳感器數據。傳感器數據由處理器/控制器模塊910接收并可取決于傳感器和/或工具的特定功能和其應用而以多種方式使用。例如，傳感器數據可由處理器/控制器模塊910使用以向使用者提供信息(例如顯示于顯示器980上或照亮一個或多個LED的參數數據、校準數據、測量讀數、警告等)、考察反饋信號以更精確地控制特定傳感器和/或工具、存儲于存儲器中、進一步處理成額外的相關信息等。微控制器930也可經由I2C總線或通用輸入/輸出(GP1)接口、通過發送傳感器控制數據來控制傳感器模塊960 (例如，用來控制和/或校準所實施的特定傳感器和/或工具)。
[0160]處理器/控制器模塊910進一步包括用于與外部裝置和外圍裝置接口的各種模塊。例如，如圖9所示，處理器控制模塊包括接收來自裝置的使用者鍵盤和開關的輸入信號的鍵盤和開關電路970 ;發送/接收存儲于存儲裝置中的數據的SD卡固持器電路972，和控制攝像頭旋轉的電機控制電路974。微控制器930可通過(例如)GP10配置以與各種電路通信。此外，視頻處理器模塊905可包括實施測試或調試程序的通信接口一例如，UART、USB 等。
[0161]方法
[0162]本發明的方面還包括對受試者的內部目標組織進行成像(并且在一些實施方案中加以修整)的方法。因此，本發明的方面進一步包括使用本發明的組織顯像裝置使內部組織部位成像的方法。多種內部組織部位可使用本發明的裝置來成像。在某些實施方案中，所述方法是以微創方式使椎間盤成像的方法。為了便于描述，所述方法現在主要在使IVD目標組織部位成像方面進一步描述。然而，本發明不限于此，因為所述裝置可用來使多種不同目標組織部位成像。
[0163]關于使椎間盤或其一部分(例如，椎間盤外部、髓核等)成像，此類方法的實施方案包括針對椎間盤或其一部分(例如，椎間盤外部、髓核內部部位等)將本發明的遠端微創椎間盤成像裝置定位于觀察關系中。觀察關系意指遠端定位于所關注的目標組織部位40_內，例如1mm內，包括5mm內。將觀察裝置中的遠端相對于所需目標組織定位可使用任何便利的方法來實現，所述方法包括通過使用可根據需要配備有或不配備有套針的進出裝置，例如套管或拉鉤管。針對目標組織將成像裝置遠端定位于觀察關系中后，目標組織(例如，椎間盤或其一部分)通過使用照明和顯像元件來成像以獲得圖像數據。根據本發明的方法獲得的圖像數據以圖像的形式，例如使用監視器或其它便利的媒體作為顯示構件輸出給使用者。在某些實施方案中，圖像是靜止圖像，而在其它實施方案中，圖像可為視頻。
[0164]內部目標組織部位可廣泛地不同。所關注的內部目標組織部位包括(但不限于)心臟位置、血管位置、骨科關節、中樞神經系統位置等。在某些情況下，內部目標組織部位包括脊髓組織。
[0165]在某些情況下，所述方法可包括使用低剖面活檢工具實現組織活檢。例如，所述方法可包括將圍繞細長部件遠端同心布置的環形切割部件以足以穿入和接合目標組織的方式推進直到超過細長部件遠端。組織接合后，可將環形部件在細長部件近端方向上、以足以將一定量的組織固定在裝置上的方式拉回，所述組織然后可從身體去除以實現組織活檢。
[0166]本發明方法適用于多種哺乳動物。所關注的哺乳動物包括(但不限于):比賽動物，例如馬、犬等；役畜，例如馬、牛等；以及人類。在一些實施方案中，實施本發明方法的哺乳動物是人類。
[0167]本發明的方面進一步包括組裝內部組織顯像裝置的方法。在這些實施方案中，所述方法包括將細長部件近端能操作地耦合到(例如)如上所述的手持式控制單元。取決于特定配置，此能操作耦合的步驟可包括各種不同的操作，例如將細長部件卡扣到手持式控制單元的接納結構中、將細長部件扭轉鎖定至手持式控制單元的接納結構中等。在某些情況下，組裝方法可進一步包括將手持式控制單元密封于可拆除無菌覆蓋物的內部，其中(例如)如上所述，無菌覆蓋物連接至細長部件的近端并經配置以相對于環境密封手持式控制單元。在這種情況下，所述方法可進一步包括密封無菌覆蓋物近端。
[0168]效用
[0169]本發明的組織顯像裝置和方法適用于需要對受試者的內部目標組織部位成像，同時最大限度地減少對周圍組織的損傷的各種不同的應用。本發明的裝置和方法適用于可顯現各種不同類型的組織(包括(但不限于):軟組織、軟骨、骨骼、韌帶等)的許多應用，例如(但不限于)手術程序。所關注的特定程序包括(但不限于):脊柱融合術(例如經椎間孔椎間融合術(TLIF))、總椎間盤置換(TLIF)、部分椎間盤置換(TDR)、所有或一部分從髓核椎間盤(IVD)空間去除的程序、關節成形術等。因此，本發明的方法還包括(例如)以某種治療現有醫學病狀的方式修整椎間盤的治療方法。所關注的治療方法包括(但不限于):移除部份纖維性環、髓核全切、椎間盤切除術、纖維環置換、髓核置換和由于椎間盤凸出或受擠壓而進行減壓。成像裝置適用的其它方法包括描述于第20080255563號美國公開申請案中的方法。
[0170]成套工具
[0171]還提供用于實踐本發明方法的成套工具，其中成套工具可包括以上裝置和/或其組件中的一個或多個，例如如上所述的細長部件、手持式控制單位、無菌覆蓋物等。成套工具可進一步包括可適用于實施本發明方法的其它組件，例如導絲、進出裝置、流體源等。各種組件可根據需要(例如)共同或單獨加以包裝。
[0172]除了上面提到的組件以外，本發明的成套工具可進一步包括使用成套工具的組件以實踐本發明方法的說明書。實施本發明方法的說明書通常記錄于合適的記錄媒體上。例如，說明書可印刷于例如紙或塑料等的基材上。因此，說明書可以包裝說明書形式存在于成套工具中，存在于成套工具或其組件的容器的標簽中(即，與包裝或分包裝相關聯)等。在其它實施方案中，說明書以存在于合適計算機可讀存儲媒體(例如CD-ROM、軟盤等)上的電子存儲數據文件形式存在。在其它實施方案中，實際說明書不存在于成套工具中，但是提供(例如)經由互聯網從遠程數據源獲得說明書的手段。此實施方案的實施例是包括可借以查看說明書和/或可下載說明書的網址的成套工具。與說明書一樣，此獲得說明書的方法記錄于合適基材上。
[0173]提供以下實施例用來說明而非用來限制本發明。
[0174]
[0175]如下構建具有集成遠端顯像裝置的手持式尺寸最小化診斷裝置。裝置由以下部件組成:呈容納電池的手持式單元形式的SLA外殼、3.5”監視器、控制板，和連接至2個LED和顯像模塊的導線，其中所述顯像模塊位于連接至手柄的4_鋼制皮下管的遠端尖頭。管材從遠端尖頭向后彎曲約I英寸到呈約30度。在機頭上提供連接至管子的手動輪，并且當致動時，其使管子在每個方向上旋轉180度。考慮到攝像頭大約120度(對角線)的觀察視野，旋轉管子使攝像頭可觀察到至少全半球的空間。皮下管的4_外徑遠端尖頭處的顯像模塊在小鋼制外殼內包括Omnivis1n 6920QVGA成像芯片(Santa Clara, CA)、一連串透鏡、光圈、IR濾光器和蓋玻璃。另外，LED放置在平蓋玻璃后面，但是在光圈的遠端。因此，由于攝像頭鏡頭和照明設備的配置，影響圖像的入射雜散光極少。在所構建的裝置中，來自加電攝像頭的信號通過一連串電子元件，并以可用于控制板的方式予以處理，并且導線將數據發送至控制板，然后顯示在監視器上。該顯示器也可旋轉。3.5英寸監視器上顯示的圖像遵循QVGA分辨率。
[0176]雖然出于清晰理解的目的，上述發明在某種程度上較詳細地經由圖解和實施例予以描述，但是本領域普通技術人員鑒于本發明的教示顯而易知可在不背離附加權利要求書的精神或范圍的情況下作出變化和修改。還應理解，本文中使用的術語僅用于描述特定實施方案的目的，并且無意具有限制性，因為本發明的范圍僅受所附權利要求書限制。
[0177]因此，上述內容只是說明了本發明的原理。應意識到，本領域技術人員能設計出各種方案，這些方案雖然并未明確描述或展示于本文中，但是體現本發明的原理并且包括在本發明的精神和范圍內。此外，本文中敘述的所有例子和條件性措辭的主要目的是幫助讀者理解本發明的原理和由
【發明者】貢獻的用于推動本領域的概念，并且不應理解為受此類具體敘述的例子和條件的限制。而且，本文中敘述本發明原理、方面和實施方案以及其具體例子的所有陳述均欲包涵其結構和功能等效物。另外，預期此類等效物包括目前己知的等效物和未來開發的等效物，即經開發以執行相同功能的任何元件而不管結構如何。因此，本發明的范圍不欲限于本文中展示和描述的示例性實施方案。實際上，本發明的范圍和精神體現于附加權利要求書中。
【權利要求】
1.一種內部組織顯像裝置，所述裝置包括: 手持式控制單元，所述手持式控制單元包括: 光源，所述光源配置為照明目標組織部位； 圖像捕獲控制裝置，所述圖像捕獲控制裝置配置為捕獲所述目標組織部位的圖像數據；以及 存儲器芯片，其中所述存儲器芯片配置為存儲所述目標組織部位的被捕獲的靜止和/或視頻圖像； 剛性細長部件，所述剛性細長部件包括: 縱軸； 沖洗腔，所述沖洗腔配置為將流體輸送到目標組織； 光纖，所述光纖沿著所述細長部件的長度延伸； 近端，所述近端能操作地耦合到所述手持式控制單元；以及 尺寸最小化遠端，所述尺寸最小化遠端包括透鏡，其中所述遠端配置用于從所述縱軸偏離一角度地進行離軸觀察；以及 其中，所述細長部件具有足夠剛性，以容許在將足夠力量施加至所述細長部件的近端時推動所述遠端穿過組織。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述細長部件還包括提供離軸觀察的彎曲部。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述角度是在45度到75度之間。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述角度離軸但小于90度。
5.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述流體包括活性劑。
6.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述細長部件的所述遠端進一步包括集成照明器。
7.根據權利要求6所述的裝置，其中，所述集成照明器包括選自由新月形構型和同心構型組成的組中的構型。
8.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述細長部件包括經配置以將光從所述光源引導至所述細長部件遠端的環形壁。
9.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述光源包括發光二極管。
10.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述細長部件還包括遠端偏光部件。
11.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述目標組織部位是骨科關節。
12.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述光源包括漫射元件，以提供對所述目標組織部位的均勻照明。
13.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述裝置包括圖像識別模塊。
14.根據權利要求13所述的裝置，其中，所述圖像識別模塊配置為從顯像傳感器接收圖像數據，并將所接收的圖像數據與參考圖像相比較，以決定是否應產生警報信號。
15.根據權利要求14所述的裝置，其中，所述參考圖像包括顏色描述符數據和解剖描述符數據。
16.根據權利要求15所述的裝置，其中，借助于協議將所述參考圖像與所接收的圖像數據進行比較，所述協議包括計算所接收的圖像數據的顏色描述符數據和解剖描述符數據與所述參考圖像之間的平均絕對差。
17.根據權利要求14所述的裝置，其中，所述警報信號包括指示所述裝置正接觸非目標組織的空間信息數據。
【文檔編號】A61B1/05GK104367296SQ201410386642
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2010年7月9日 優先權日:2009年7月10日
【發明者】艾瑞克·E·舒爾茨, 詹姆斯·S·西布爾斯基, 歐陽小龍 申請人:特里斯醫療有限公司