使用導熱透鏡托架的醫學成像設備的制造方法

使用導熱透鏡托架的醫學成像設備的制造方法
【專利摘要】各實施方式包括用于觀察體腔的內側的內窺鏡(例如，關節內窺鏡)。內窺鏡可以包括位于內窺鏡的遠端部處的至少一個固態發射器，比如，發光二極管(LED)。內窺鏡可以包括附接至內窺鏡的遠端部的導熱托架。導熱托架可以被構造成用以使由固態發射器產生的熱從內窺鏡的遠端部消散離開。導熱托架還可以是導電的。此外，導熱托架還可以用作用于多個透鏡的支承結構件。
【專利說明】
使用導熱透鏡托架的醫學成像設備[0001]相關申請的交叉引用[0002]本申請要求2013年12月13日提交的標題為“Medical Imaging Device Using Thermally Conducting Lens Cradle(使用導熱透鏡托架的醫學成像設備)”的美國臨時申 請N0.61 /916，043的優先權的權益，該申請的全部內容通過參引并入本文。[0003]本申請還涉及2005年4月5日提交的美國申請N0.11/099,435,目前為美國專利 N0.7,976,462,該申請的全部內容也通過參引并入本文。
【背景技術】
[0004]本文中的各實施方式大體涉及內窺鏡、關節內窺鏡以及其他醫學成像設備。內窺鏡能夠插入到身體中以形成體腔內的特征的圖像。內窺鏡通常包括包含用于成像的光學器件的長形管結構件。內窺鏡還可以被構造成提供照明。由于內窺鏡能夠提供患者體內的圖像，所以內窺鏡是有用的診斷和/或外科工具。
【發明內容】

[0005]本公開的系統、方法以及設備中的每一者具有若干創新方面，這些方面中的單個方面均不能單獨決定本文中所公開的所想要的屬性。
[0006]本公開中描述的主題的各創新方面能夠在下面的實施方式中實現:
[0007]實施方式1: 一種內窺鏡，包括:
[0008]近端部部分；
[0009]遠端部部分；
[0010]多個透鏡，所述多個透鏡布置在從所述遠端部部分延伸至所述近端部部分的光學路徑中，使得位于遠端部部分處的物體的圖像能夠形成在近端部部分處；
[0011]至少一個固態發射器，所述至少一個固態發射器布置在遠端部部分處，所述至少一個固態發射器在被激活時產生熱；以及
[0012]導熱托架，該導熱托架形成構造成用以容納所述多個透鏡的長形內部敞開區域， 所述導熱托架附接至遠端部部分，導熱托架被構造成用以使由至少一個固態發射器產生的熱從遠端部部分消散離開，
[0013]其中，導熱托架包含銅。
[0014]實施方式2:實施方式1的內窺鏡，其中，所述內窺鏡包括關節內窺鏡。[〇〇15]實施方式3:實施方式1至2中的任一實施方式的內窺鏡，其中，至少一個固態發射器包括至少一個發光二極管。
[0016]實施方式4:實施方式1至3中的任一實施方式的內窺鏡，其中，所述多個透鏡包括具有長度和寬度的棒透鏡，所述長度比所述寬度更長。[〇〇17]實施方式5:實施方式1至4中的任一實施方式的內窺鏡，其中，導熱托架包括分開的第一部段和第二部段，其中，第一部段和第二部段包括直圓筒的由沿著直圓筒的縱向長度的間隙物理地分開的部分。
[0018]實施方式6:實施方式5的內窺鏡，其中，第一部段和第二部段具有大致相同的尺寸。
[0019]實施方式7:實施方式5至6中的任一實施方式的內窺鏡，其中，第一部段和第二部段各自包括所述直圓筒的大致一半。
[0020]實施方式8:實施方式5至7中的任一實施方式的內窺鏡，其中，第一半部和第二半部各自具有兩個縱向邊緣，并且其中，第一半部的第一縱向邊緣和第二半部的第一縱向邊緣被至少〇.5暈米的間隔分開。[〇〇21 ]實施方式9:實施方式5至8中的任一實施方式的內窺鏡，其中，第一半部的第二縱向邊緣和第二半部的第二縱向邊緣被間隔物理地分開。[〇〇22]實施方式10:實施方式5至9中的任一實施方式的內窺鏡，其中，第一半部的第二縱向邊緣和第二半部的第二縱向邊緣被間隔件物理地間隔開。[〇〇23]實施方式11:實施方式5至10中的任一實施方式的內窺鏡，還包括:
[0024]第一電氣線路，該第一電氣線路連接至至少一個固態發射器中的一個固態發射器的負極；以及
[0025]第二電氣線路，該第二電氣線路連接至至少一個固態發射器中的一個固態發射器的正極，
[0026]其中，第一電氣線路和第二電氣線路布置在位于所述第一部段與所述第二部段之間的間隔中。
[0027]實施方式12:實施方式11的內窺鏡，其中，第一電氣線路和第二電氣線路包括電線。[〇〇28]實施方式13:實施方式1至12中的任一實施方式的內窺鏡，其中，導熱托架是導電的，并且所述導熱托架提供通往至少一個固態發射器的至少一個電氣路徑。
[0029]實施方式14:實施方式1至13中的任一實施方式的內窺鏡，其中，第一部段電連接至所述至少一個固態發射器中的至少一者上的負極，并且第二部段電連接至所述至少一個固態發射器中的至少一者上的正極。
[0030]實施方式15:實施方式1至14中的任一實施方式的內窺鏡，還包括圍繞導熱托架的外管。
[0031]實施方式16:實施方式1至15中的任一實施方式的內窺鏡，其中，所述托架與所述外管電絕緣。[〇〇32]實施方式17:實施方式1至16中的任一實施方式的內窺鏡，其中，遠端部包括形成光學路徑的一部分的通道，其中，通道包括第一反射表面和第二反射表面，使得光學路徑的穿過通道的部分不包括玻璃光學元件。
[0033]實施方式18:實施方式1至18中的任一實施方式的內窺鏡，其中，第一反射表面和第二反射表面包括經金屬化的基片。[〇〇34]實施方式19:實施方式18的內窺鏡，其中，基片包括玻璃。[〇〇35]實施方式20:實施方式18至19中的任一實施方式的內窺鏡，其中，基片的與通道相鄰的內表面是經金屬化的。[〇〇36]實施方式21:實施方式1至20中的任一實施方式的內窺鏡，其中，至少一個固態發射器布置在基部上。
[0037]實施方式22:實施方式21的內窺鏡，其中，基部包含導熱材料。[〇〇38]實施方式23:實施方式21至22中的任一實施方式的內窺鏡，其中，基部包含陶瓷材料。[〇〇39]實施方式24:實施方式21至23中的任一實施方式的內窺鏡，其中，基部包括構造成用以向至少一個固態發射器提供電力的導電通路。
[0040]實施方式25:實施方式21至24中的任一實施方式的內窺鏡，其中，基部的至少一部分是經金屬化的。
[0041]實施方式26: 一種內窺鏡，包括:[〇〇42]近端部部分；[〇〇43] 遠端部部分；
[0044]至少一個固態發射器，所述至少一個固態發射器布置在遠端部部分處，所述至少一個固態發射器在被激活時產生熱；
[0045]托架，該托架附接至遠端部部分，其中，托架是導熱的，并且被構造成用以使由至少一個固態發射器產生的熱從遠端部部分消散離開，其中，托架還是導電的，并且被構造成提供通往至少一個固態發射器的電氣路徑；以及
[0046]至少一個透鏡，所述至少一個透鏡布置在托架內側。[〇〇47]實施方式27:實施方式26的內窺鏡，其中，內窺鏡包括關節內窺鏡。[〇〇48]實施方式28:實施方式26至27中的任一實施方式的內窺鏡，其中，至少一個固態發射器包括至少一個發光二極管。[〇〇49]實施方式29:實施方式26至28中的任一實施方式的內窺鏡，其中，至少一個透鏡包括具有長度和寬度的棒透鏡，所述長度比所述寬度更長。
[0050]實施方式30:實施方式26至30中的任一實施方式的內窺鏡，其中，托架包含銅。[〇〇511實施方式31:實施方式26至31中的任一實施方式的內窺鏡，還包括圍繞導熱托架的外管。[〇〇52]實施方式32:實施方式31的內窺鏡，其中，托架與所述外管電絕緣。[〇〇53]實施方式33:實施方式26至32中的任一實施方式的內窺鏡，其中，遠端部包括形成光學路徑的一部分的通道，其中，通道包括第一反射表面和第二反射表面，使得光學路徑的穿過通道的部分不包括玻璃光學元件。
[0054]實施方式34:實施方式33的內窺鏡，其中，第一反射表面和第二反射表面包括經金屬化的基^[〇〇55]實施方式35:實施方式33至34中的任一實施方式的內窺鏡，其中，基片包含玻璃。 [〇〇56]實施方式36:實施方式33至35中的任一實施方式的內窺鏡，其中，基片的與通道相鄰的內表面是經金屬化的。[〇〇57]實施方式37:實施方式26至36中的任一實施方式的內窺鏡，其中，至少一個固態發射器布置在基部上。[〇〇58]實施方式38:任一實施方式37的內窺鏡，其中，基部包含導熱材料。[〇〇59]實施方式39:實施方式37至38中的任一實施方式的內窺鏡，其中，基部包含陶瓷材料。
[0060]實施方式40:實施方式37至39中的任一實施方式的內窺鏡，其中，基部包括構造成用以向至少一個固態發射器提供電力的導電通路。[0061 ]實施方式41:實施方式37至40中的任一實施方式的內窺鏡，其中，基部的至少一部分是經金屬化的。[〇〇62]實施方式42: —種使用內窺鏡的方法，該方法包括:
[0063]使至少一個固態發射器產生熱，其中，至少一個固態發射器布置在內窺鏡的遠端部部分上；以及
[0064]使由至少一個固態發射器產生的熱經由附接至遠端部部分的導熱托架從遠端部部分消散離開，[〇〇65]其中，導熱托架包含銅。[〇〇66]實施方式43:實施方式42的方法，其中，導熱托架包括分開的第一部段和第二部段，其中，第一部段和第二部段包括直圓筒的由沿著直圓筒的縱向長度的間隙物理地分開的部分。[〇〇67]實施方式44:實施方式42至43中的任一實施方式的方法，其中，導熱托架還是導電的，并且其中，該方法還包括經由導熱托架向至少一個固態發射器供電。
[0068]實施方式45:實施方式42至44中的任一實施方式的方法，其中，內窺鏡包括布置在導熱托架的內側的至少一個棒透鏡。
[0069]實施方式46: 一種內窺鏡，包括:
[0070]近端部部分；
[0071]遠端部部分；
[0072]多個透鏡，所述多個透鏡布置在從所述遠端部部分延伸至所述近端部部分的光學路徑中，使得位于遠端部部分處的物體的圖像能夠形成在近端部部分處；
[0073]至少一個固態發射器，所述至少一個固態發射器布置在遠端部部分處，所述至少一個固態發射器在被激活時產生熱；以及
[0074]導熱托架，該導熱托架包括構造成用以容納所述多個透鏡的長形內部敞開區域， 所述導熱托架附接至遠端部部分，
[0075]其中，導熱托架包括分開的第一部段和第二部段，其中，第一部段和第二部段包括直圓筒的由沿著直圓筒的縱向長度的間隙物理地分開的部分。[〇〇76]實施方式47:實施方式46的內窺鏡，其中，第一部段和第二部段具有大致相同的尺寸。[〇〇77]實施方式48:實施方式46至47中的任一實施方式的內窺鏡，其中，第一部段和第二部段各自包括所述直圓筒的大致一半。[〇〇78]實施方式49:實施方式48的內窺鏡，其中，第一半部和第二半部各自具有兩個縱向邊緣，并且其中，第一半部的第一縱向邊緣和第二半部的第一縱向邊緣被至少0.5毫米的間隔分開。[〇〇79]實施方式50:實施方式49的內窺鏡，其中，第一半部的第二縱向邊緣和第二半部的第二縱向邊緣被間隔件物理地間隔開。
[0080]實施方式51:實施方式49至50中的任一實施方式的內窺鏡，其中，第一半部的第二縱向邊緣和第二半部的第二縱向邊緣被間隔物理地分開。[0081 ]實施方式52:實施方式46至51中的任一實施方式的內窺鏡，還包括:
[0082]第一電氣線路，該第一電氣線路連接至至少一個固態發射器中的一個固態發射器的負極；以及[〇〇83]第二電氣線路，該第二電氣線路連接至至少一個固態發射器中的一個固態發射器的正極，
[0084]其中，第一電氣線路和第二電氣線路布置在位于所述第一部段與所述第二部段之間的間隔中。[〇〇85]實施方式53:實施方式46至52中的任一實施方式的內窺鏡，其中，所述內窺鏡包括關節內窺鏡。
[0086]在附圖和下面的描述中闡述了本公開中描述的主題的一個或更多個實施例的細節。盡管本公開中提供的示例主要針對醫學成像設備的方面進行了描述，但本文中提出的概念也可以應用于其他類型的成像系統和設備。通過說明書、附圖以及權利要求，其他特征、方面以及優點將變得明顯。應當指出的是，附圖的相關尺寸可能未按比例繪制。【附圖說明】
[0087]圖1圖示了內窺鏡(例如，關節內窺鏡)的示意性立體圖，該內窺鏡包括支承在根據本文中公開的各實施方式的透鏡托架內并且由該透鏡托架支承的多個透鏡。
[0088]圖1A和圖1B圖示了根據本文中公開的各實施方式的“空氣棱鏡”的示意性截面圖。
[0089]圖2圖示了根據本文中公開的各實施方式的包括兩個部分或半部的內窺鏡托架的示意性分解立體圖。
[0090]圖3圖示了內窺鏡的示出了透鏡托架的遠端部部分，以及聯接至布置在托架的兩個半部之間的電氣線路的固態光發射器的示意圖。
[0091]圖4圖示了用于支承多個棒透鏡的整體式托架以及構造成圍繞托架和透鏡的外管的示意性分解立體圖。【具體實施方式】
[0092]本文中的一些實施方式包括用于觀察體腔的內側的內窺鏡。內窺鏡的各實施方式包括布置在具有近端部和遠端部的長形管結構件內的多個透鏡。這些透鏡能夠將位于內窺鏡的遠端部處的身體中的特征的圖像中繼到內窺鏡的近端部。在一些實施方式中，在內窺鏡的近端部處包括檢測器比如二維CCD(電荷耦合檢測器)或CMOS(互補型金屬氧化物半導體)檢測器組，以感測中繼(relayed)的圖像。在一些實施方式中，可以使用目鏡或其他光學器件來觀察圖像。在某些實施方式中，內窺鏡還可以具有光源，該光源被構造、定尺寸以及定位成使得能夠插入到體腔中以在其中提供照明。在一些實施方式中，例如，該光源布置在內窺鏡的遠端部處。在各實施方式中，該光源包括位于內窺鏡的遠端部處的至少一個固態發射器，比如，發光二極管(LED)。這種構型的挑戰之一在于，固態發射器比如LED在它們發光時可能產生熱。
[0093]因此，本文中公開的各實施方式被設計成將熱從內窺鏡的遠端部處的LED傳導離開。本文中描述的一種方法是采用用于保持多個透鏡的結構件，比如，托架，該結構件也是用于從內窺鏡的定位有LED的遠端部吸取熱的管道。在一些實施方式中，例如，內窺鏡可以包括導熱托架或透鏡保持器，用于保持延伸至內窺鏡的遠端部的多個透鏡。導熱托架可以包含導熱性高的材料，比如，銅、鋁等。因此，導熱托架能夠將熱從內窺鏡的遠端部傳導離開，從而導致內窺鏡的遠端部處的較低溫度或者遠端部處的LED或其他部件的較低溫度。在本文中公開的某些實施方式中，導熱托架還可以是導電的。
[0094]在操作中，從光源發射的光照亮并且被體腔內部的物體、表面和特征(例如，壁部) 反射。可以通過內窺鏡的遠端部的孔而使反射光的一部分聚集。這個光可以沿著通過布置在托架中的多個透鏡形成的貫穿內窺鏡的光學路徑導向，使得能夠在內窺鏡的近端部處形成物體、表面、特征的圖像。在某些實施方式中，這一系列透鏡可以包括布置在導熱托架內側的棒透鏡。經聚集的光然后可以被引導至光學傳感器，比如，例如為光學檢測器組或光學相機。因此，例如，通過可能借助于與檢測器相連通的顯示器的醫師能夠觀察到體腔內側的物體、表面、特征等的圖像。
[0095]出于說明的目的，圖1圖示了構造成從內窺鏡的遠端部傳導熱的內窺鏡一一比如，例如為關節內窺鏡---的一部分。該內窺鏡包括可以插入到身體比如人類身體的一部分中的長形構件。在美國專利申請如.11/099,435(目前為美國專利如.7,976,462)中提供了內窺鏡的附加討論，該附加討論的全部內容通過參引并入本文。
[0096]參照圖1，內窺鏡包括遠端部部分110以及附接至該遠端部部分的透鏡托架170。遠端部部分110可以包括固態發射器120。固態發射器120可以被構造成輻射光并且照亮身體的內部區域。盡管圖1圖示了一個固態發射器，但在其他實施方式中，在內窺鏡的遠端部部分110處可以布置有多個固態發射器，比如，例如與美國專利申請N0.11/099,435(目前為美國專利N0.7，976，462)中公開的實施方式相似，該申請的全部內容通過參引并入本文。在一些實施方式中，固態發射器120發射白光，但發射器120不需要是白光發射器。也可以采用在狹窄波長范圍內輻射的有色發射器。例如，圖像可以通過對用于照明的特定波長范圍敏感的光學傳感器來形成。在某些實施方式中，對于熒光應用，可以采用特定波長照明。因此，發射器可以發射寬帶或窄帶紫外線光及紅外線光。
[0097]參照圖1，遠端部部分110可以包括空氣棱鏡塊150。圖1A示出了這種空氣棱鏡和空氣棱鏡塊150的截面圖。空氣棱鏡塊150包括本體，該本體具有輸入孔155、通過本體的通道 153以及輸出孔157。本體150包括限定通過本體的通道153的內部側壁。在通道中可以布置有反射鏡151以助于通過該通道的光的傳播。示出的實施方式包括兩個這樣的反射鏡151。 反射鏡151能夠相對于彼此以角度02布置，如圖1A中所示。反射鏡151之間的角度02能夠取決于內窺鏡的偏斜角。例如，對于30度偏斜的內窺鏡，角度02能夠是約15度。如另一示例，對于 75度偏斜的內窺鏡，角度02能夠是約37.5度。反射鏡151也能夠相對于內窺鏡的中心軸線成角度。例如，如圖1A中所示，反射鏡151中的一個反射鏡相對于內窺鏡的中心軸線以角度0i 布置。在不失任何一般性的情況下，在各實施方式中，角度h能夠等于角度％。[0〇98]反射鏡151可以包括鏡子(如所圖不的)和/或例如空氣棱鏡塊150的側壁上的反光的金屬化部。在一些實施方式中，例如，包括金屬化玻璃板的鏡子布置在通道153的內部側壁上。在這些情況下，通過輸入孔155接收到的光傳播通過通道153從而被反射鏡151的反射表面反射至輸出孔157。圖1B示出了包括具有一對金屬化基片的鏡子的空氣棱鏡的實施方式的截面圖。基片能夠包含玻璃、陶瓷、塑料、丙烯酸或能夠提供足夠的結構支承的任何材料。基片具有與本體150相鄰的第一表面159a以及與第一表面159a相對的第二表面159b。第二表面159b形成通道153的邊界的一部分。如圖1B中所圖不的，基片的第二表面159b被金屬化，使得在內窺鏡的遠端部處聚集的光經過基片的第二表面159b處的多重反射而行進通過通道朝向光學傳感器。使基片的與通道相鄰的表面金屬化能夠有利地減小或消除在光行進穿過基片的材料時所能夠產生的各波長的光之間的色散量。在一些實施方式中，本體150可以包含塑料、陶瓷或金屬。在一些實施方式中，本體150可以包括導熱材料，比如，金屬或導熱陶瓷。在美國專利申請N0.11/099，435 (目前為美國專利N0.7，976，462)中還描述了包括空氣棱柱的內窺鏡的各實施例，該申請的全部內容通過參引并入本文。
[0099]再次參照圖1，遠端部部分110還包括前透鏡130和蓋板132。前透鏡130布置在空氣棱鏡塊150的輸入孔155中。蓋板132布置在空氣棱鏡塊150的前方的前透鏡130之上(或者前方)。蓋板132包括位于其中的孔，該孔相對于前透鏡130布置，使得光能夠穿過該孔并且傳輸至前透鏡。因此，蓋板132以使蓋板中的孔與前透鏡130對準的方式布置在空氣棱鏡塊150 中。因此，由前透鏡130接收到的光能夠傳播至空氣棱鏡150的輸入孔155中并且通過該輸入孔155。在一些實施方式中，蓋板132可以包含金屬，比如，不銹鋼，但可以使用其他材料。
[0100]蓋板132在其中還可以具有孔，該孔相對于固態發射器120布置以允許光從發射器穿過蓋板。
[0101]在各實施方式中，前透鏡130包含玻璃、藍寶石或其他基本上為光學透射或透明的材料。在一些實施方式中，前透鏡130具有負光焦度。在一些實施方式中，前透鏡130包括平凹透鏡，其中，平的表面布置在外部(例如，更遠端)。因此，在各實施方式中，前透鏡130使由體腔內的表面和/或特征反射的光聚集，并且所述光傳播到空氣棱鏡中，從而被空氣棱鏡中的反射表面反射，使得能夠離開空氣棱鏡的輸出孔157。前透鏡130可以提供擴大的視野，并且可以相對于縱向方向(例如，z軸)傾斜一定角度，使得能夠呈現體腔側壁的圖像。此外，在一些實施方式中，遠端部部分110的前表面可以是有角度的，以便能夠使光從相對于內窺鏡傾斜的方向聚集在內窺鏡的遠端部處。例如，可以通過將內窺鏡插入到腔中并且旋轉內窺鏡以使得有角度的前表面被引導朝向腔的內側壁的一部分來使用內窺鏡觀察身體中的腔的內側壁。其他設計是可能的。
[0102]固態發射器120可以安裝在基部160上。圖3示出了該基部的另一視圖。在各實施方式中，基部160包含導熱材料。在各實施方式中，基部160包含電絕緣材料。在某些實施方式中，基部160包含導熱絕緣體，比如，陶瓷。在各實施例中，基部160能夠包含比如例如為氧化鋁(例如，Al2〇3)和/或氮化物(例如，氮化硅)的材料。此外，在某些實施方式中，基部160可以涂覆有涂層，以提高基部160的導熱性能。例如，可以比如用金涂層對基部160進行金屬化， 以便對基部160提供導熱和/或導電性能。
[0103]在各實施方式中，基部160被構造成接納發射器(例如，LED)120。例如，基部160可以包括用于接納布置于LED 120上的銷釘的孔。這些銷釘可以包括至發射器120的電連接部，例如，發光二極管的負極和正極。基部160可以被金屬化和/或包括金屬通路以對固態發射器120的正極和負極提供電連接部。這些通路可以通過帶圖案的金屬化部一一比如，帶圖案的金一一形成。基部160部分地布置在空氣棱鏡塊150上。此外，如圖3中所圖示的，基部 160可能與托架170大面積接觸。在各實施方式中，這個接合是充分的熱接觸以將熱從LED基部160有效地傳遞至托架170。因此，基部160——強熱導體——可以有助于使從固態發射器 120產生的熱例如經由托架170從內窺鏡的遠端部110消散離開，如下所述。
[0104]如圖1中所圖示的，遠端部部分110還包括反射鏡140。在示出的實施方式中，反射鏡140包括板，該板在其中具有孔。孔具有通過壁或表面限定的周界。這個表面可以至少部分地反射并且可以是白色或其他反射顏色和/或可以包含反光的反射材料，比如，金屬涂層。板140布置在LED基部160上，使得LED 120位于孔內，并且被反射表面框住。經如此構造， 從發射器沿橫向和/或后向方向發射的光的至少一部分有可能向前反射。在各實施方式中， 反射表面能夠具有增強有用反射的形狀和輪廓。因此，在各實施方式中，反射鏡140可以被構造成反射光以及使光重新定向，以避免浪費光。在一些實施方式中，反射鏡板140包含導熱材料比如金屬或導熱陶瓷。在各實施方式中，反射鏡板140與基部160具有良好的熱接觸。
[0105]如圖1和圖3中所圖示的，并且如上文中所提及的，遠端部部分110連接至透鏡托架 170。特別地，在下面的實施方式中，LED基部160 (并且可能地，空氣棱鏡塊150)牢固地附接至托架170的遠端部，使得能夠提供足夠好的熱接觸，以易于將熱從LED基部(并且可能地， 空氣棱鏡塊)傳遞至托架。如圖1中所示，透鏡托架170對一個或更多個光學元件透鏡310提供縱長的支承。例如，托架170可以至少部分地圍繞棒透鏡。因此，托架170包括用于容納多個透鏡310的中央內部敞開區域。在各實施方式中，這個中央內部敞開區域定形狀為使得可以具有圓柱形邊緣的透鏡310同形地配裝至中央內部敞開區域中。
[0106]相應地，在各實施方式中，托架170可以包括空心的筒形管或者空心的筒形管的一部分。空心的筒形管可以提供用于將光從內窺鏡的遠端部部分110傳播至內窺鏡的近端部的光學路徑。托架170可以是用于非侵入式插入身體的小的一一例如，窄的一一結構。在各實施方式中，例如，托架170的寬度小于5mm或4mm，但大于1mm或2mm。在各實施方式中，寬度或外徑介于3_至4_之間。托架170的壁可以為薄的以允許為透鏡310留有足夠的孔尺寸以將其布置于托架的中央內部腔區域中，從而保持內窺鏡的小截面。在一些實施方式中，例如，壁厚小于1mm或5mm，但在各實施方式中壁厚可以大于0.1_。在一些實施方式中，壁厚介于0.2mm至0.3mm之間。托架170的長度比寬度長得多。例如，托架170的長度(S卩，在z方向上) 可以介于100mm至400mm之間以及介于200mm至300mm之間，并且在一些實施方式中可以介于托架170的寬度的10倍、20倍、30倍、40倍、50倍或更多倍之間，但小于托架170的寬度的100 倍、90倍、80倍、70倍或60倍。
[0107]參照圖1和圖2,在一些實施方式中，托架170包括呈直圓筒的沿著其長度一一如所示出的縱向z方向——分開的形狀的物理上分開的部分172、174。分開的部件172、174當被組裝在一起時可以形成或大致形成具有用于容納透鏡310的敞開的中央內部區域的直圓筒。在圖1和圖2中示出的實施方式中，托架170被分為兩個物理上分開的部件172、174,例如，兩個半部172、174,這兩個物理上分開的部件172、174呈直圓筒的沿其長度向下切為兩半的形狀。在一些實施方式中，分開的部分(例如，半部)172、174的尺寸可能大致相等，但在其他實施方式中，分開的部分(例如，兩個半部)的尺寸可能彼此不同。類似地，當兩個部件 172、174放置在一起時，不需要完全地形成直圓筒。如下所述，例如，當兩個半部172、174組裝好以支承內窺鏡中的透鏡310時，在兩個半部172、174之間可以存在間隔。
[0108]參照圖2,每個半部172、174包括具有凹進內表面171和凸出外表面173。當將兩個半部172、174設置在一起時，凹進內表面171定形狀為共形地配裝托架170內的多個透鏡 310。盡管外表面173被示出為凸面體，但其他形狀是可能的。然而，如上所述，在各實施方式中，托架170并不是非常厚，因此，凸出形狀的外表面173可以伴有凹進內表面171。
[0109]參照圖2,每個半部172、174可以包括縱向邊緣210、212。兩個半部172、174彼此之間可以設置成使得兩個半部的縱向邊緣彼此鄰近。參照圖1，兩個半部172、174可以被布置于縱向邊緣210、212之間的間隔190分開。在示出的實施方式中，兩個半部172、174中的每個半部包括兩個縱向邊緣210、212。當兩個半部172、174布置在一起以形成組裝好的托架170 時，一個半部172、174的縱向邊緣210、212中的每個縱向邊緣可以通過一對間隔190而與另一個半部172、174的縱向邊緣分開。在下面更加充分討論的一些實施方式中，兩個半部172、 174可以被物理地分開，以便使兩個半部172、174電隔離。然而，在一些實施方式中，間隔190 中的一個間隔或兩個間隔并不存在，并且兩個半部172、174彼此接觸來代替兩個半部172、 174之間存在間隔。在某些實施方式中，例如，在各自的半部的縱向邊緣210之間包括一個間隔，而各自的半部的另一縱向邊緣212彼此接觸。在各實施方式中，間隔190(無論是一個還是兩個)大于0.1毫米、0.2毫米、0.3毫米、0.4毫米、0.5毫米、0.6毫米、0.8毫米、0.9毫米以及1 ?0毫米，并且小于5謹、4mm、3謹、2謹、1謹、0.8謹或0.6謹。例如，在一些實施方式中，間隔中的至少一個間隔大于0.4mm并且小于0.6mm。在一些實施方式中，間隔中的至少一個間隔大于0.9mm并且小于2.0mm。其他范圍是可能的。
[0110]在各實施方式中，托架170的內表面171是光滑的，并且不包括內表面上的使透鏡 310彼此間隔開的表面特征。這種設計簡化了托架170的制造。例如，在一些實施方式中，托架170或托架的分開的半部17 2、174是被擠壓的。為了使透鏡310間隔開，透鏡以彼此之間適當的縱向距離適當地安置于托架170中，或者托架部分172、174圍繞適當地間隔開的透鏡布置。可以采用機器人技術來安置透鏡310,使得透鏡之間存在適當間距。換句話說，然而，其他實施方式，在托架170的內表面171上可以包括表面特征，或者在透鏡310之間可以包括間隔件。
[0111]如上所述，在各實施方式中，固態發射器120可以產生大量的熱。相應地，參照圖1， 在一些實施方式中，托架170基本上完全包含導熱材料，比如，銅或鋁。在某些實施方式中， 例如，托架170包含至少90 %、95 %或更多的并上至99 %或100 %的銅。類似地，在某些實施方式中，托架包含至少90%、95 %或更多的并上至99%或100 %的鋁。在某些實施方式中，托架170包含至少90%、95%或更多的并上至99%或100%的其他高傳導性材料，比如，銅合金或其他金屬。形成高導熱材料的托架170能夠使由固態發射器120產生的熱從布置有發射器 120的內窺鏡的遠端部部分110消散離開。通過將熱從內窺鏡的遠端部部分110傳遞出去，導熱托架170有益于允許可以產生大量的熱但不會使內窺鏡的遠端部處過熱的發光固態發射器120的使用。因此，對于一些實施方式而言，在使用期間，導熱托架170可以允許內窺鏡保持在五度的體溫范圍內。
[0112]在各實施方式中，多個透鏡310包括棒透鏡。棒透鏡可以布置在例如當兩個半部 172、174相對于彼此組裝時所形成的托架的內部中央敞開區域中。因此，棒透鏡可以布置在至少部分地位于托架170的內部區域中的從內窺鏡的遠端部分110至內窺鏡的近端部分的光學路徑中。光學路徑可以提供被聚集的光行進的路徑。特別地，來自發射器120的光一一所述光中的一些光自反射鏡140反射一一可以從體腔的被固態發射器120所照亮的部分反射或者散射。透鏡130可以被構造成使這個光聚集。空氣棱鏡150可以被構造成使進入透鏡 130的光重新導向，使得光將平行于托架170的縱向軸線(例如，z軸)傳播通過托架170并且傳播至例如2D光學檢測器或者目鏡等。
[0113]如圖1和圖3中所圖示的，在各實施方式中，內窺鏡可以包括沿著托架170的縱向長度延伸的兩條電氣線路180、182。兩條電氣線路180、182可以電連接至固態發射器120,例如，LED的正極和負極。特別地，兩條電氣線路180、182可以連接至LED基部160上的金屬化部 183a、183b(參見圖3)，該LED基部160被構造成電連接至發射器120上的導電插腳或電引線。 兩條電氣線路180、182可以包括電線，比如，在其上具有絕緣件的銅線或鋁線。可以使用其他類型的接線，比如，電纜。
[0114]參照圖1和圖3,間隔190可以對連接至固態發射器120的正極和負極的兩條電氣線路180、182提供空間。然而，其他設計是可能的。
[0115]在一些實施方式中，內窺鏡不包括或不使用沿著銅管170的縱向長度延伸的這兩條線路180、182。代替這些實施方式，托架170的每個半部172、174可以作為用于傳遞電力的電導體或電氣線路。例如，每個半部172、174可以電連接至發射器120,例如，電連接至LED的相應的正極和負極。因此，托架170的每個半部172、174本身可以包括負極或正極。在一些實施方式中，兩個半部172、174電連接至LED基部160上的金屬化部183a、183b以形成對發射器 120的電連接。在各實施方式中，可以通過兩個半部172、174的縱向邊緣210、212之間的間隔 190使兩個半部172、174電絕緣。還可以采用電絕緣間隔件。盡管上文中討論了使用托架170 作為一個或更多個傳導線路來作為使用電線180、182的替代方案，但在一些實施方式中，電線180、182以及傳導托架170均能夠用于在內窺鏡的遠端部分和近端部分之間傳遞電信號和/或電力。
[0116]在這些不同的實施方式中，托架170包含導電材料，比如，銅，從而允許托架170傳送電力。托架170因此可以作為用于向固態發射器120提供電力或接地的電氣路徑。在這些實施方式中，在例如配裝至托架上的外管可能包含不銹鋼并且具有傳導性的情況下，托架 170的電絕緣部和/或托架170的半部172、174對防止與這個外管短路可能是有用的。在托架 170——例如，托架的外表面一一上或者在外管——例如，外管的內表面——上，或者既在托架170上又在外管上可以布置有一個或更多個絕緣涂層。在托架170被構造成是導電的并且被用于傳送電力的實施例中，能夠在遠端部110與托架170之間布置有絕緣材料。例如，絕緣材料能夠布置在蓋板132與托架170之間。[〇117]圖4圖不了一些實施方式，其中，內窺鏡包括內托架410和外管450。圖4中所圖不的實施例的各方面能夠與美國專利申請N0.11/099，435 (目前為美國專利N0.7，976，462)中公開的內窺鏡的實施例類似，該申請的全部內容通過參引并入本文。如上所述，內托架410可以包含導熱材料，比如，銅、鋁等，以便使由固態發射器120產生的熱從內窺鏡的遠端部分 110消散離開。此外，外管450可以包含導熱材料，比如，鋁、不銹鋼等。因此，外管450還可以將由固態發射器120產生的熱從內窺鏡的遠端部分110傳導離開。
[0118]在各實施方式中，內托架410可以包含導電材料比如銅，用于傳送電力。因此，如上所述，在一些實施方式中，內窺鏡包括內托架410與外管450之間的絕緣體，以便防止外管 450短路。在一些情況下，內托架410可以包括在內管410的外部的絕緣涂層。替代性地，外管 450可以包括在外管450的內部的絕緣涂層。在一些實施方式中，可以同時采用這兩種情況。 另外，可以采用在內托架與外管之間的絕緣間隔件。
[0119]如上所述，繼續參照圖4,內托架410可以作為用于一個或更多個透鏡310的支承結構件。然而，在圖4中示出的實施方式中，內托架410具有多個槽440(示出了五個)，多個槽 440中的每個槽被構造成保持棒透鏡310。槽440可以被間隔部450(示出了四個)分開，間隔部450各個被定尺寸和定位成使得能夠提供棒透鏡310的同軸度和縱向間隔，用于對通過棒透鏡310的圖像的合適的中繼。換句話說，槽440之間的間隔可以由間隔部450限定，使得能夠根據光學設計指示使棒透鏡310相對于彼此在縱向方向上間隔開。在一些實施方式中，槽之間的間隔部450對包括薄壁并且易于彎曲的托架410提供了結構支承和穩定性。
[0120]在這些不同的實施方式中，在操作期間，內窺鏡的至少遠端部分110被插入到體腔中。向固態發射器120提供電力信號，從而引起固態發射器發光并且產生熱。熱傳導托架170 使熱從內窺鏡的遠端部分110消散離開。熱傳導托架170還可以具有導電性，使得托架170向固態發射器120提供電力或接地的電氣路徑。由固態發射器120發射的光被體腔內的物體反射。通過透鏡130使反射光的一部分聚集。所述光然后被引導通過布置于托架170中的多個透鏡元件，比如，棒透鏡310。因此，光從內窺鏡的遠端部分110傳播至內窺鏡的近端部分。 [〇121]然而，其他變型是可能的。在某些的實施方式中，從內窺鏡的遠端部延伸至發射器 120的電氣線路180、182具有與其熱導率相結合的足夠的尺寸，以作為熱能的導線，以便使來自發射器和/或內窺鏡的遠端部的熱充分消散。例如，電氣線路可以包括電纜，比如，具有足夠質量和截面面積的(在橫向方向上，比如x方向和/或y方向)帶狀電纜，以將足夠的熱從發射器傳遞出去以保持內窺鏡的遠端部分處于插入身體的合適溫度。在這樣的實施方式中，外管450內的導電托架170、410可以去掉。取而代之的是，空心的外管450的尺寸可以使透鏡310在不具有托架170、410的空心外管的內部區域中保持就位。
[0122]本公開中描述的實施例的各種改型對于本領域的技術人員來說是顯而易見的，并且在不背離本公開的精神或范圍的情況下，本文中所定義的一般原理可以適用于其他實施例。因此，權利要求并不旨在限制本文中所示出的實施例，而是符合本公開內容、與本文中所公開的原理和新穎特征相一致的最寬范圍。
[0123]在本說明中的分離的實施方式的背景下所描述的某些特征也能夠在單個實施方式中以組合的方式實現。相反地，在單個實施方式的背景下描述的各種特征也能夠以多個實施方式分別實現或者以任何合適的子組合實現。此外，盡管各特征可能在前面被描述為在某些組合中甚至在起初要求保護的組合中起作用，但要求保護的組合中的一個或更多個特征在一些情況下能夠從該組合中去除，并且要求保護的組合可能會是子組合或子組合的變型。
[0124]類似地，盡管操作可以被描述為按照特定順序發生，但這不應當被理解為要求這些操作以所描述的特定順序或以相繼順序來執行，或者執行全部所描述的操作，以獲得期望的結果。此外，未公開的其他操作能夠結合至本文中所描述的過程中。例如，在所公開的操作中的任何操作之前、之后、同時或之間能夠執行一個或更多個附加操作。在某些環境下，多重任務和并行處理可以是有利的。此外，其他實施方式在所附權利要求的范圍內。在一些情況下，權利要求中所述的動作能夠按不同的順序執行并且仍然獲得期望的結果。
【主權項】
1.一種內窺鏡，包括:近端部部分；遠端部部分；多個透鏡，所述多個透鏡布置在從所述遠端部部分延伸至所述近端部部分的光學路徑 中，使得位于所述遠端部部分處的物體的圖像能夠形成在所述近端部部分處；至少一個固態發射器，所述至少一個固態發射器布置在所述遠端部部分處，所述至少 一個固態發射器在被激活時產生熱；以及導熱托架，所述導熱托架形成構造成用以容納所述多個透鏡的長形內部敞開區域，所 述導熱托架附接至所述遠端部部分，所述導熱托架被構造成用以使由所述至少一個固態發 射器產生的熱從所述遠端部部分消散離開，其中，所述導熱托架包含銅。2.根據權利要求1所述的內窺鏡，其中，所述內窺鏡包括關節內窺鏡。3.根據權利要求1至2中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述至少一個固態發射器包括 至少一個發光二極管。4.根據權利要求1至3中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述多個透鏡包括具有長度和 寬度的棒透鏡，所述長度比所述寬度更長。5.根據權利要求1至4中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述導熱托架包括分開的第一 部段和第二部段，其中，所述第一部段和所述第二部段包括直圓筒的由沿著所述直圓筒的 縱向長度的間隙物理地分開的部分。6.根據權利要求5所述的內窺鏡，其中，所述第一部段和所述第二部段具有大致相同的 尺寸。7.根據權利要求5至6中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述第一部段和所述第二部段 各自包括所述直圓筒的大致一半。8.根據權利要求5至7中的任一項所述的內窺鏡，其中，第一半部和第二半部各自具有 兩個縱向邊緣，并且其中，所述第一半部的第一縱向邊緣和所述第二半部的第一縱向邊緣 被至少〇.5暈米的間隔分開。9.根據權利要求5至8中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述第一半部的第二縱向邊緣 和所述第二半部的第二縱向邊緣被間隔物理地分開。10.根據權利要求5至9中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述第一半部的第二縱向邊緣 和所述第二半部的第二縱向邊緣被間隔件物理地間隔開。11.根據權利要求5至10中的任一項所述的內窺鏡，還包括:第一電氣線路，所述第一電氣線路連接至所述至少一個固態發射器中的一個固態發射 器的負極；以及第二電氣線路，所述第二電氣線路連接至所述至少一個固態發射器中的一個固態發射 器的正極，其中，所述第一電氣線路和所述第二電氣線路布置在位于所述第一部段與所述第二部 段之間的所述間隔中。12.根據權利要求11所述的內窺鏡，其中，所述第一電氣線路和所述第二電氣線路包括 電線。13.根據權利要求1至12中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述導熱托架是導電的，并且 所述導熱托架提供通往所述至少一個固態發射器的至少一個電氣路徑。14.根據權利要求1至13中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述第一部段電連接至所述 至少一個固態發射器中的至少一者上的負極，并且所述第二部段電連接至所述至少一個固 態發射器中的至少一者上的正極。15.根據權利要求1至14中的任一項所述的內窺鏡，還包括圍繞所述導熱托架的外管。16.根據權利要求1至15中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述托架與所述外管電絕緣。17.根據權利要求1至16中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述遠端部包括形成所述光 學路徑的一部分的通道，其中，所述通道包括第一反射表面和第二反射表面，使得所述光學 路徑的穿過所述通道的所述部分不包括玻璃光學元件。18.根據權利要求1至18中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述第一反射表面和所述第 二反射表面包括經金屬化的基片。19.根據權利要求18所述的內窺鏡，其中，所述基片包括玻璃。20.根據權利要求18至19中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述基片的與所述通道相鄰 的內表面是經金屬化的。21.根據權利要求1至20中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述至少一個固態發射器布置在基部上。22.根據權利要求21所述的內窺鏡，其中，所述基部包含導熱材料。23.根據權利要求21至22中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述基部包含陶瓷材料。24.根據權利要求21至23中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述基部包括構造成用以向 所述至少一個固態發射器提供電力的導電通路。25.根據權利要求21至24中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述基部的至少一部分是經 金屬化的。26.—種內窺鏡，包括:近端部部分；遠端部部分；至少一個固態發射器，所述至少一個固態發射器布置在所述遠端部部分處，所述至少 一個固態發射器在被激活時產生熱；托架，所述托架附接至所述遠端部部分，其中，所述托架是導熱的，并且被構造成用以 使由所述至少一個固態發射器產生的熱從所述遠端部部分消散離開，其中，所述托架還是 導電的，并且被構造成提供通往所述至少一個固態發射器的電氣路徑；以及至少一個透鏡，所述至少一個透鏡布置在所述托架的內側。27.根據權利要求26所述的內窺鏡，其中，所述內窺鏡包括關節內窺鏡。28.根據權利要求26至27中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述至少一個固態發射器包 括至少一個發光二極管。29.根據權利要求26至28中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述至少一個透鏡包括具有 長度和寬度的棒透鏡，所述長度比所述寬度更長。30.根據權利要求26至30中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述托架包含銅。31.根據權利要求26至31中的任一項所述的內窺鏡，還包括圍繞所述導熱托架的外管。32.根據權利要求31所述的內窺鏡，其中，所述托架與所述外管電絕緣。33.根據權利要求26至32中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述遠端部包括形成光學路 徑的一部分的通道，其中，所述通道包括第一反射表面和第二反射表面，使得所述光學路徑 的穿過所述通道的所述部分不包括玻璃光學元件。34.根據權利要求33所述的內窺鏡，其中，所述第一反射表面和所述第二反射表面包括 經金屬化的基片。35.根據權利要求33至34中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述基片包括玻璃。36.根據權利要求33至35中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述基片的與所述通道相鄰 的內表面是經金屬化的。37.根據權利要求26至36中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述至少一個固態發射器布置在基部上。38.根據任一權利要求37所述的內窺鏡，其中，所述基部包含導熱材料。39.根據權利要求37至38中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述基部包含陶瓷材料。40.根據權利要求37至39中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述基部包括構造成用以向 所述至少一個固態發射器提供電力的導電通路。41.根據權利要求37至40中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述基部的至少一部分是經 金屬化的。42.—種使用內窺鏡的方法，所述方法包括:使至少一個固態發射器產生熱，其中，所述至少一個固態發射器布置在所述內窺鏡的 遠端部部分上；以及使由所述至少一個固態發射器產生的熱經由附接至所述遠端部部分的導熱托架從所 述遠端部部分消散離開，其中，所述導熱托架包含銅。43.根據權利要求42所述的方法，其中，所述導熱托架包括分開的第一部段和第二部 段，其中，所述第一部段和所述第二部段包括直圓筒的由沿著所述直圓筒的縱向長度的間 隙物理地分開的部分。44.根據權利要求42至43中的任一項所述的方法，其中，所述導熱托架還是導電的，并 且其中，所述方法還包括經由所述導熱托架向所述至少一個固態發射器供電。45.根據權利要求42至44中的任一項所述的方法，其中，所述內窺鏡包括布置在所述導 熱托架的內側的至少一個棒透鏡。46.—種內窺鏡，包括:近端部部分；遠端部部分；多個透鏡，所述多個透鏡布置在從所述遠端部部分延伸至所述近端部部分的光學路徑 中，使得位于所述遠端部部分處的物體的圖像能夠形成在所述近端部部分處；至少一個固態發射器，所述至少一個固態發射器布置在所述遠端部部分處，所述至少 一個固態發射器在被激活時產生熱；以及導熱托架，所述導熱托架包括構造成用以容納所述多個透鏡的長形內部敞開區域，所 述導熱托架附接至所述遠端部部分，其中，所述導熱托架包括分開的第一部段和第二部段，其中，所述第一部段和所述第二 部段包括直圓筒的由沿著所述直圓筒的縱向長度的間隙物理地分開的部分。47.根據權利要求46所述的內窺鏡，其中，所述第一部段和所述第二部段具有大致相同 的尺寸。48.根據權利要求46至47中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述第一部段和所述第二部 段各自包括所述直圓筒的大致一半。49.根據權利要求48所述的內窺鏡，其中，第一半部和第二半部各自具有兩個縱向邊 緣，并且其中，所述第一半部的第一縱向邊緣和所述第二半部的第一縱向邊緣被至少0.5毫 米的間隔分開。50.根據權利要求49所述的內窺鏡，其中，所述第一半部的第二縱向邊緣和所述第二半 部的第二縱向邊緣被間隔件物理地間隔開。51.根據權利要求49至50中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述第一半部的第二縱向邊 緣和所述第二半部的第二縱向邊緣被間隔物理地分開。52.根據權利要求46至51中的任一項所述的內窺鏡，還包括:第一電氣線路，所述第一電氣線路連接至所述至少一個固態發射器中的一個固態發射 器的負極；以及第二電氣線路，所述第二電氣線路連接至所述至少一個固態發射器中的一個固態發射 器的正極，其中，所述第一電氣線路和所述第二電氣線路布置在位于所述第一部段與所述第二部 段之間的間隔中。53.根據權利要求46至52中的任一項所述的內窺鏡，其中，所述內窺鏡包括關節內窺鏡。
【文檔編號】A61B1/317GK106061366SQ201480073104
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年12月11日
【發明人】朗尼·R·霍伊爾, 卡伊什·奧爾馬爾祖克
【申請人】集成內鏡公司