BR112019013148A2 - sistemas, métodos e dispositivos para fornecer iluminação em um ambiente de imageamento endoscópico - Google Patents

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Abstract

a descrição refere-se a um sistema endoscópico. o sistema endoscópico pode incluir uma fibra óptica única. o sistema pode incluir adicionalmente uma fonte de luz que transmite luz para dentro da fibra óptica única. um sensor de imagem pode ser fornecido dentro do sistema endoscópico e disposto em uma extremidade distal da fibra óptica única. o sistema endoscópico pode ser adicionalmente equipado com um difusor na extremidade distal da fibra óptica única que produz um cone de luz que é mais amplo que uma saída da fibra óptica única sem o difusor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMAS, MÉTODOS E DISPOSITIVOS PARA FORNECER ILUMINAÇÃO EM UM AMBIENTE DE IMAGEAMENTO ENDOSCÓPICO.
CAMPO DA TÉCNICA [0001] A presente descrição refere-se, de modo geral, ao imageamento endoscópico e, mais particularmente, ela refere-se a sistemas, métodos e dispositivos para fornecer iluminação em um ambiente de imageamento endoscópico.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0002] Em sistemas endoscópicos, a luz artificial precisa ser fornecida para operação de um sensor de imagem dentro de um endoscópio. Os sistemas endoscópicos convencionais usam um feixe de fibras ópticas para transmitir energia luminosa em uma cena para fornecer a um sensor de imagem luz suficiente para capturar uma imagem. Infelizmente, os sistemas endoscópicos convencionais são caros e, portanto, precisam ser usados várias vezes para justificar o custo de sua compra. Ao mesmo tempo, entretanto, os sistemas endoscópicos convencionais também devem ser estéreis de modo que nenhum resíduo de um paciente anterior possa infectar um paciente posterior. Consequentemente, devem ser criadas salvaguardas significativas para sistemas endoscópicos reutilizáveis para assegurar que qualquer sistema endoscópico seja completamente esterilizado, aumentando ainda mais o custo dos sistemas endoscópicos convencionais.
[0003] Outro problema significativo com os sistemas endoscópicos convencionais é que, devido ao fato de que pelo menos algumas peças de um sistema endoscópico são inseridas em um paciente, peças de diâmetro maior causam mais danos ao tecido circundante ou causam desconforto ao paciente. Por exemplo, em um ambiente artroscópico,
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2/37 as peças de um sistema endoscópico podem ser inseridas no joelho de um paciente. Peças de diâmetro maior resultam em ferimentos maiores que afetam adversamente a recuperação do paciente. De modo similar, em outro ambiente, um paciente pode precisar de uma inspeção endoscópica através de um orifício no corpo do paciente. As peças de diâmetro maior resultam em maior desconforto para o paciente, o que pode resultar em uma incapacidade de concluir o exame ou em imagens de qualidade inadequada para verificar quaisquer informações do exame.
[0004] Consequentemente, é desejável fornecer um sistema endoscópico com ambas as peças que seja barato, e com peças que sejam tão pequenas quanto tecnicamente viáveis. Dessa maneira, os sistemas endoscópicos podem ser descartados após um único uso e podem resultar em menos dano ao tecido e/ou desconforto a um paciente. Assim, é um objetivo desta descrição fornecer um sistema endoscópico que inclui uma fibra óptica única para iluminar uma cena dentro do corpo de um paciente para reduzir tanto o custo quanto o diâmetro das peças de um sistema endoscópico que são inseridas em um paciente. É um objetivo adicional desta descrição fornecer um sensor de imagem em uma extremidade distai da fibra óptica única. É também um objetivo desta descrição fornecer um difusor, disposto em uma extremidade distai da fibra óptica única, que pode emitir um cone de luz que é mais amplo que uma saída da fibra óptica única sem o difusor.
SUMÁRIO [0005] É apresentado na presente invenção um sistema endoscópico. O sistema endoscópico pode incluir uma fibra óptica única. O sistema pode incluir adicionalmente uma fonte de luz que transmite luz para dentro da fibra óptica única. Um sensor de imagem pode ser fornecido dentro do sistema endoscópico e disposto em uma
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3/37 extremidade distal da fibra óptica única. O sistema endoscópico pode ser adicionalmente equipado com um difusor na extremidade distai da fibra óptica única que produz um cone de luz que é mais amplo do que uma saída da fibra óptica única sem o difusor.
[0006] Um endoscópio pode ser adicionalmente fornecido, o qual inclui uma fibra óptica única. O endoscópico pode adicionalmente incluir um sensor de imagem que pode ser disposto em uma extremidade distai da fibra óptica única. O endoscópio pode incluir um difusor instalado na extremidade distai da fibra óptica única que produz um cone de luz que é mais amplo do que uma saída da fibra óptica única sem o difusor. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0007] A Figura 1 é um diagrama esquemático que ilustra um sistema para fornecer iluminação a um ambiente deficiente de luz, de acordo com uma modalidade.
[0008] A Figura 2 é uma vista gráfica do atraso e/ou tremulação entre um sinal de controle e a luz emitida, de acordo com uma modalidade.
[0009] A Figura 3 ilustra uma seção transversal de um feixe de fibras que tem sete fibras com distribuição de luz irregular, de acordo com uma modalidade.
[0010] A Figura 4 é uma vista gráfica de um perfil cartola e um perfil gaussiano, de acordo com uma modalidade.
[0011] A Figura 5 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra uma fonte de luz que tem uma pluralidade de emissores, de acordo com uma modalidade.
[0012] A Figura 6 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra uma fonte de luz que tem uma pluralidade de emissores, de acordo com outra modalidade.
[0013] A Figura 7 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra uma fonte de luz que tem uma pluralidade de emissores, de acordo com
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4/37 ainda outra modalidade.
[0014] A Figura 8 é uma vista lateral esquemática que ilustra a saída de luz de uma fibra óptica, de acordo com uma modalidade.
[0015] A Figura 9 é um diagrama esquemático que ilustra o direcionamento das fibras de um feixe de fibras em uma extremidade de saída, de acordo com uma modalidade.
[0016] A Figura 10 é um diagrama esquemático que ilustra a saída de luz usando fibras de vidro, de acordo com uma modalidade.
[0017] A Figura 11 é um diagrama esquemático que ilustra a saída de luz usando um difusor em uma saída, de acordo com uma modalidade.
[0018] A Figura 12 é um diagrama de fluxo esquemático que ilustra um método para fornecer luz a uma cena de imageamento em um ambiente deficiente de luz, de acordo com uma modalidade.
[0019] A Figura 13 é um diagrama de fluxo esquemático que ilustra um método para fornecer luz a uma cena de imageamento em um ambiente deficiente de luz, de acordo com outra modalidade.
[0020] A Figura 14 é um diagrama de fluxo esquemático que ilustra um método para fornecer luz a uma cena de imageamento em um ambiente deficiente de luz, de acordo com outra modalidade.
[0021] A Figura 15 é um diagrama de fluxo esquemático que ilustra um método para fornecer luz a uma cena de imageamento em um ambiente deficiente de luz, ainda de acordo com outra modalidade.
[0022] A Figura 16 é um diagrama esquemático que ilustra uma única fibra óptica emitindo por meio de um difusor em uma saída de acordo com uma modalidade.
[0023] A Figura 17 é um diagrama esquemático que ilustra um sistema para fornecer iluminação a um ambiente deficiente de luz de acordo com uma modalidade.
DESCRIÇÃO DETALHADA
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5/37 [0024] O imageamento em um ambiente deficiente de luz com sensores de imagem óptica (como CMOS de luz visível ou CCD, ou outras matrizes de imageamento) geralmente exige iluminação artificial. Em relação ao imageamento endoscópico, um endoscópio frequentemente inclui um membro tubular que pode ser inserido no corpo de um paciente. Uma ponta do lúmen pode incluir um sensor de imageamento ou outro componente óptico para reunir a luz e capturar uma imagem de uma cena dentro do corpo do paciente. Os endoscópios precisam ser estéreis devido ao seu uso em um corpo ou durante um procedimento médico. Endoscópios ou componentes endoscópicos com preço suficientemente baixo podem ser usados como componentes descartáveis ou substituíveis, o que pode reduzir os custos e o esforço necessários pelos hospitais ou pessoal médico para esterilizar ou gerenciar os componentes de esterilização ou estado ou reutilizáveis.
[0025] A presente descrição apresenta sistemas, métodos e dispositivos que fornecem iluminação em um ambiente de imageamento endoscópico que reduzem despesas e/ou melhoram a qualidade da imagem para imageamento em um ambiente deficiente de luz. Os métodos, sistemas e dispositivos apresentados na presente invenção podem ser usados em combinação com ou alternativamente a qualquer um dos ensinamentos, tecnologia ou funcionalidade discutidos e apresentados em um ou mais dentre: (1) a publicação de pedido de patente n°US 2014/0163319 A1; (2) a patente US n° 9.509.917; e (3) a patente US n°9.516.239, todas quais estando aqui incorporadas, por referência, em suas totalidades.
[0026] Uma descrição detalhada dos sistemas e métodos consistente com as modalidades da presente descrição é fornecida abaixo. Embora várias modalidades sejam descritas, deve-se compreender que esta descrição não se limita a qualquer modalidade, mas, em vez disso, abrange numerosas alternativas, modificações e
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6/37 equivalentes. Além disso, embora vários detalhes específicos sejam apresentados na descrição a seguir para fornecer um entendimento completo das modalidades apresentadas na presente invenção, algumas modalidades podem ser praticadas sem alguns ou todos esses detalhes. Além disso, com o propósito de clareza, certos materiais técnicos que são conhecidos na técnica relacionada não foram descritos em detalhes a fim de evitar ofuscar desnecessariamente a descrição. [0027] Voltando às figuras, a Figura 1 é um diagrama esquemático que ilustra um sistema 100 para fornecer iluminação a um ambiente deficiente de luz, como para imageamento endoscópico. O sistema 100 inclui uma fonte de luz 102, um controlador 104, um guia de onda de ponte 106, um acoplador 108, um guia de onda de lúmen 110, um lúmen 112 e um sensor de imagem 114 com componentes ópticos anexos. A fonte de luz 102 gera luz que se desloca através do guia de onda de ponte 106 e do guia de onda de lúmen 110 para iluminar uma cena em uma extremidade distal do lúmen 112. O lúmen 112 pode ser inserido no corpo de um paciente para imageamento, como durante um procedimento ou exame. A luz é fornecida como ilustrado pelas linhas tracejadas 116. Uma cena iluminada pela luz pode ser capturada com o uso do sensor de imagem 114 e exibida para um médico ou outro pessoal médico. O controlador 104 pode fornecer sinais de controle à fonte de luz 102 para controlar quando a iluminação é fornecida a uma cena. Se o sensor de imagem 114 incluir um sensor CMOS, a luz pode ser periodicamente fornecida para a cena em uma série de pulsos de iluminação entre os períodos de leitura do sensor de imagem 114 durante o que é conhecido como um período de supressão. Dessa forma, a luz pode ser pulsada de maneira controlada para evitar a sobreposição em períodos de leitura dos pixels de imagem em uma matriz de pixel do sensor de imagem 114.
[0028] Em uma modalidade, o guia de onda de lúmen 110 inclui uma
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7/37 pluralidade de fibras ópticas. As fibras ópticas podem ser produzidas a partir de um material de baixo custo, como plástico, para permitir o descarte do guia de onda de lúmen 110 e/ou de outras porções de um endoscópio. O guia de onda de ponte 106 pode ser fixado de modo permanente à fonte de luz 102. Por exemplo, um guia de onda de ponte 106 pode receber luz de um emissor dentro da fonte de luz 102 e fornecer essa luz para o guia de onda de lúmen 110 no local do acoplador 108. Em uma modalidade, o guia de onda de ponte 106 pode incluir uma ou mais fibras de vidro. O guia de onda de ponte pode incluir qualquer outro tipo de guia de onda para guiar a luz para o guia de onda de lúmen 110. O acoplador 108 pode acoplar o guia de onda de ponte 106 ao guia de onda de lúmen 110 e permitir que a luz dentro do guia de onda de ponte 106 passe para o guia de onda de lúmen 110. Em uma modalidade, o guia de onda de lúmen 110 pode ser acoplado diretamente a uma fonte de luz sem qualquer guia de onda de ponte interveniente 106.
[0029] A Figura 2 ilustra uma vista gráfica do atraso e/ou tremulação entre um sinal de controle 202 e a luz emitida 204. O sinal de controle 202 pode representar um sinal fornecido a um controlador ou circuito de acionamento, como o controlador 104 ou um acionador dentro da fonte de luz 102 da Figura 1. Conforme ilustrado, há um atraso de t1 entre o sinal de controle 202 indo alto (por exemplo, ligando) e a luz sendo emitida 204. Há um atraso de t2 entre o sinal de controle 202 indo baixo (por exemplo, desligando) e a luz sendo emitida 204. Por exemplo, os atrasos t1 e t2 podem incluir algum atraso constante, bem como alguma variação não constante resultante da quantidade de tremulação em um controlador e/ou acionador. A quantidade de tremulação ou variação em um sistema ou dispositivo é descrita pela especificação da tremulação (spec da tremulação). Por exemplo, se t1 tem um valor de 1 microssegundo, então t2 pode ter um valor de 1 microssegundo mais ou
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8/37 menos a especificação da tremulação do controlador ou acionador. [0030] Como o tremulador não está sob controle do sistema ou usuário, a especificação da tremulação representa a quantidade de variação de tempo imprevisível que pode estar presente. Se a especificação da tremulação for muito grande em relação a um pulso de luz, reduções significativas na qualidade da imagem ou variações de brilho da imagem podem ocorrer. Por exemplo, em um sistema endoscópico de vídeo, diferentes linhas ou quadros dentro do vídeo ou série de imagens podem ter um brilho diferente, causando cintilação e um vídeo ou imagem com qualidade geral reduzida. Por exemplo, se um controlador tiver uma spec da tremulação de 10% de um pulso de luz, o pulso de luz pode variar de 90% de seu comprimento desejado até 110% de seu comprimento desejado. Isso pode levar a variações de brilho entre imagens ou linhas de uma imagem em um vídeo de até 1/3. Além disso, uma grande spec da tremulação pode resultar na emissão de luz durante a leitura. Se a luz for emitida durante a leitura, variações significativas entre os pixels e as linhas podem reduzir a qualidade da imagem. Consulte, por exemplo, a Figura 2D e a discussão associada na Publicação de Pedido de Patente U.S. n° US 2014/0163319 A1. Dessa forma, se uma spec da tremulação for grande o suficiente, um pulso pode ser limitado em tamanho para evitar a sobreposição em um período de tempo de leitura do sensor de imagem 114. Os limites do tamanho de pulso podem exigir uma redução na taxa de quadros (aumento no tempo entre imagens capturadas ou maiores períodos de supressão) ou podem resultar em reduções no brilho, o que pode reduzir a capacidade de um sensor de imagem 114 capturar imagens detalhadas.
[0031] Em uma modalidade, o controlador 104, como na Figura 1, tem uma spec da tremulação pequena o suficiente para reduzir variações no brilho ou qualidade da imagem. Em uma modalidade, o
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9/37 acionador precisa ter uma tolerância ou spec da tremulação de cerca de 1 microssegundo ou menos. Em uma modalidade, a tolerância ou spec da tremulação do acionador é de cerca de 50 nanossegundos. A spec da tremulação reduzida pode ser alcançada com uma frequência de relógio mais alta ou um relógio mais preciso em um controlador ou acionador. Em uma modalidade, a spec da tremulação é menor do que o tempo que leva um sensor de imagem para ler uma linha (por exemplo, fileira ou coluna). Por exemplo, uma matriz CMOS pode ler pixels da linha de matriz por fileira ou coluna. Em uma modalidade, a spec da tremulação é menor do que o tempo que leva um sensor de imagem para ler um único pixel. Em uma modalidade, a spec da tremulação pode ser menor do que ou igual a 10% a 25% do período de leitura da matriz de pixel do sensor de imagem, ou o tempo que leva um sensor de imagem para ler todas as linhas na matriz de pixel. Em uma modalidade, a spec da tremulação pode ser menor do que ou igual a cerca de 10% a cerca de 25% do período de leitura da matriz de pixel do sensor de imagem, ou o tempo que leva um sensor de imagem para ler todas as linhas na matriz de pixel. Por exemplo, em uma matriz de pixel que compreende um total de 400 linhas, a especificação da tremulação é menor do que ou igual ao tempo que é necessário para ler de 40 a 100 linhas das 400 linhas na matriz de pixel. Dessa forma, a quantidade de variação na luz capturada pode ser baixa o suficiente para reduzir a cintilação de imagem e/ou fornecer o máximo de luz possível entre os períodos de leitura. Por exemplo, com uma especificação de tremulação baixa, um sinal de controle para desligar a emissão de luz pode ser fornecido perto do tempo no qual um período de leitura começa. A especificação de tremulação reduzida e a tolerância do acionador resolvem, dessa forma, o problema de acionamento não tolerado que provoca um artefato em um esquema de pulsação de luz.
[0032] Em uma modalidade, uma unidade de controle de câmera
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10/37 (CCU) pode fornecer sinais a um controlador ou fonte de luz para evitar a sobreposição em um período de leitura. Por exemplo, a CCU pode determinar uma temporização para enviar um sinal para um controlador ou fonte de luz para evitar a sobreposição na leitura de pixels que não são pixels pretos ópticos dentro da matriz de pixel. Em uma modalidade, a CCU pode maximizar a quantidade de tempo que a luz é emitida sem se sobrepor ao período de leitura.
[0033] A Figura 3 ilustra uma seção transversal de um feixe de fibras 300 que tem sete fibras. O número de fibras é ilustrativo, já que qualquer número de fibras pode ser usado. Em uma modalidade, o número de fibras é limitado para reduzir uma área em seção transversal do feixe de fibras. O número de fibras pode ser baseado em inúmeras fibras que fornecem dispersão de luz suficiente enquanto permitem uma pequena área em seção transversal, uma vez que a área em seção transversal de um lúmen endoscópico pode ser importante. Em uma modalidade, o feixe de fibras pode incluir de 2 a 150 fibras. Um número menor de fibras pode reduzir as despesas e/ou a área em seção transversal necessária para transportar um feixe de fibras. Entretanto, um número maior de fibras melhora a redundância. Em uma modalidade, o feixe de fibras inclui de 5 a 100 fibras. Em uma modalidade, o feixe de fibras inclui de 5 a 50 fibras. Em uma modalidade, o feixe de fibras inclui de 7 a 15 fibras. Em uma modalidade, o feixe de fibras inclui 7 fibras. Quando um número menor de fibras é usado, pode ser desejável que cada fibra receba a mesma quantidade de luz e/ou a mesma quantidade de uma cor específica de luz. Por exemplo, se a luz fornecida ao feixe de fibras estiver principalmente no centro, a fibra central pode receber a maior parte da energia eletromagnética. Dessa forma, uma cena de imageamento pode ser irregularmente iluminada pela cor ou brilho.
[0034] A Figura 3 ilustra uma fibra central 302 que tem mais ou a maior parte da energia eletromagnética. Adicionalmente, se mais luz
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11/37 entra em uma fibra do que em outra, a quantidade total de luz (energia) que pode ser transportada nas fibras é reduzida. Por exemplo, uma fibra pode ter um limite de esgotamento ou outro limite que pode resultar na fusão da fibra ou, de outro modo, tornar-se inoperante se luz acima de um certo nível ou intensidade de energia for fornecida à fibra. Dessa forma, se a luz for distribuída de maneira mais uniforme através das fibras, é possível aumentar a potência e iluminação em uma cena.
[0035] Em uma modalidade, uma fonte de luz que fornece luz ao feixe de fibras 300 pode misturar uma ou mais cores de luz antes de ser fornecida a um feixe de fibras. Por exemplo, a fonte de luz 102, o guia de onda de ponte 106 e/ou o acoplador 108 podem misturar uniformemente a luz antes de fornecer a luz para o guia de onda de lúmen 110. Em uma modalidade, a fonte de luz pode incluir um primeiro emissor de laser que emite luz de um primeiro comprimento de onda e um segundo emissor de laser que emite luz de um segundo comprimento de onda. A fonte de luz pode misturar a luz por ter luz do primeiro emissor de laser e do segundo emissor de laser entrando no guia de onda de ponte 106 (ou em outro guia de onda) em um ângulo igual ou substancialmente igual. Um ângulo igual ou substancialmente igual pode ser obtido posicionando as fontes de luz em um mesmo ângulo entre si. Em uma modalidade, um espelho dicroico pode possibilitar um ângulo igual ou substancialmente igual ao refletir luz de uma cor (ou comprimento de onda) enquanto é transparente a uma outra cor (ou comprimento de onda) de luz. Em uma modalidade, a fonte de luz pode incluir um difusor, uma haste de mistura, uma lente ou outro elemento óptico para misturar luz antes da entrada em um cabo de fibra óptica, como o guia de onda de lúmen 110 da Figura 1.
[0036] Em uma modalidade, uma fonte de luz que fornece luz para o feixe de fibras 300 pode fornecer uma intensidade de luz uniformemente distribuída a um guia de onda. Em uma modalidade, a
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12/37 intensidade de pico de luz dentro de uma região onde a luz é coletada para um guia de onda pode ser substancialmente igual ou próxima à intensidade média de luz sobre a região. Por exemplo, a luz fornecida a uma região de coleta pode ter um perfil cartola, de modo que cada fibra colete e/ou receba uma intensidade de luz igual ou similar. A fonte de luz pode fornecer ou aproximar um perfil de cartola fornecendo luz laser em um ângulo a uma superfície de uma região de coleta. Por exemplo, os emissores podem ter um perfil de intensidade gaussiano ou de outra intensidade não constante. Ao dispor em ângulo os emissores em relação a uma região de coleta, o perfil gaussiano pode ser achatado em um perfil mais constante ou de cartola. O perfil cartola também pode ser gerado usando lentes, difusores, hastes de mistura ou similares. [0037] A Figura 4 ilustra graficamente um perfil cartola 402 e um perfil gaussiano 404. O eixo horizontal representa a distância horizontal e o eixo geométrico vertical representa a intensidade de luz. As linhas 406 representam os contornos ou a largura de uma região de coleta ou feixe de fibras. A linha 408 representa um nível de esgotamento para uma fibra ou outro guia de onda. Por exemplo, a linha 408 pode representar um nível de esgotamento para uma fibra plástica. Com o perfil gaussiano 404, a maior parte da luz vai acabar em uma fibra central. Como a maior parte da luz está na fibra central, outras fibras podem estar muito abaixo do nível de esgotamento. Com o perfil cartola, todas as fibras estarão no mesmo nível, seja perto do nível de esgotamento ou abaixo dele. Por exemplo, com o perfil cartola 402, a quantidade total de energia transportada por um feixe de fibras pode ser significativamente aumentada porque cada feixe pode ser colocado perto do esgotamento sem correr o risco de esgotar qualquer fibra individual. Por exemplo, com o perfil gaussiano 404, um aumento na quantidade total de energia podería fazer com que uma fibra central excedesse significativamente o nível de esgotamento, com as fibras da
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13/37 borda muito abaixo do nível de esgotamento. A Figura 4 ilustra claramente que mais energia pode ser fornecida antes de qualquer uma das fibras individuais alcançarem o esgotamento usando um perfil cartola. Por exemplo, o perfil gaussiano 404 e o perfil cartola 402 podem fornecer a mesma quantidade de voltagem ao feixe de fibras, enquanto o perfil cartola 402 ainda pode ser significativamente aumentado antes de alcançar o esgotamento. Dessa forma, um aprimoramento significativo na quantidade total de luz aplicada usando fibras plásticas pode ser alcançado. Em alguns casos, um aumento de 50% ou maior de voltagem transportada por um feixe de fibras pode ser alcançado. Em uma modalidade, as fibras plásticas podem ter um nível de energia de esgotamento para a energia luminosa/eletromagnética emitida pelos um ou mais emissores acima do qual pode ocorrer dano às fibras plásticas, sendo que a energia luminosa é espalhada através da pluralidade de fibras plásticas para permitir que uma quantidade maior de energia seja transportada por um feixe de fibras, incluindo as fibras plásticas sem alcançar o nível de energia de esgotamento em qualquer uma das fibras plásticas.
[0038] Em uma modalidade, a mistura e um perfil cartola podem ser implementados por uma fonte de luz para uso com feixes de fibra plástica. Por exemplo, a fonte de luz 102 e/ou o guia de onda de ponte 106 podem não incluir guias de ondas plásticos. Entretanto, a fonte de luz 102 pode proporcionar a mistura e um perfil cartola para permitir o uso com um feixe de fibras, como um feixe de fibras plásticas, no guia de onda de lúmen 110. Em uma modalidade, o uso de mistura e/ou de um perfil cartola pode possibilitar maior aplicação de energia em vista de perdas que podem ser incorridas ao mover a luz entre materiais diferentes (por exemplo, de um difusor para uma fibra de vidro, para uma fibra plástica e/ou de volta para uma fibra de vidro ou difusor). Por exemplo, a maior aplicação de energia pode compensar as perdas em
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14/37 transições anteriores ou subsequentes, de modo que luz suficiente ainda possa ser aplicada a uma cena para iluminação.
[0039] As figuras 5-7 são diagrama de blocos esquemáticos que ilustram uma fonte de luz 500 que tem uma pluralidade de emissores. Em relação à Figura 5, os emissores incluem um primeiro emissor 502, um segundo emissor 504 e um terceiro emissor 506. Os emissores 502, 504 e 506 podem incluir um ou mais emissores de laser que emitem luz com diferentes comprimentos de onda. Por exemplo, o primeiro emissor 502 pode emitir um comprimento de onda que é consistente com um laser azul, o segundo emissor 504 pode emitir um comprimento de onda que é consistente com um laser verde e o terceiro emissor 506 pode emitir um comprimento de onda que é consistente com um laser vermelho. Os emissores 502, 504 e 506 emitem lasers em direção a uma região de coleta 508, que pode ser o local de um guia de onda, lente ou outro componente óptico para coletar e/ou fornecer luz a um guia de onda, como o guia de onda de ponte 106 ou guia de onda de lúmen 110 da Figura 1.
[0040] Na modalidade da Figura 5, os emissores 502, 504, 506 fornecem, cada um, luz laser para a região de coleta 508 em ângulos diferentes. A variação no ângulo pode levar a variações nas quais a energia eletromagnética está situada em um guia de onda de saída. Por exemplo, se a luz passa imediatamente para dentro de um feixe de fibras (de vidro ou de plástico) na região de coleta 508, os ângulos variáveis podem fazer com que diferentes quantidades de luz entrem em diferentes fibras. Por exemplo, o ângulo pode resultar em variações de intensidade ao longo da região de coleta 508. Além disso, a luz dos diferentes emissores não seria misturada homogeneamente de modo que algumas fibras possam receber diferentes quantidades de luz de cores diferentes. Conforme discutido anteriormente, a variação na cor ou intensidade de luz em diferentes fibras pode levar à iluminação não
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15/37 ideal de uma cena. Por exemplo, variações nas intensidades de luz ou luz liberada podem resultar na cena e em imagens capturadas.
[0041] Em uma modalidade, um elemento óptico interveniente pode ser colocado entre um feixe de fibras e os emissores 502, 504, 506 para misturar as diferentes cores (comprimentos de onda) de luz antes da entrada nas fibras. Exemplos de elementos ópticos intervenientes incluem um difusor, uma haste de mistura, uma ou mais lentes ou outros componentes ópticos que misturam a luz de modo que uma dada fibra receba uma mesma quantidade de cada cor (comprimento de onda). Por exemplo, cada fibra do feixe de fibras pode ter uma mesma cor. Esta mistura pode levar à mesma cor em cada fibra, mas pode, em algumas modalidades, ainda resultar em um brilho total diferente aplicado a diferentes fibras. Em uma modalidade, o elemento óptico interveniente também pode espalhar ou mesmo bloquear a luz sobre a região de coleta, de modo que cada fibra tenha a mesma quantidade total de luz (por exemplo, veja o perfil cartola 402 da Figura 4).
[0042] Embora a região de coleta 508 seja representada como um componente físico na Figura 5, a região de coleta 508 pode simplesmente ser uma região onde a luz dos emissores 502, 504 e 506 é liberada. Em alguns casos, a região de coleta 508 pode incluir um componente óptico como um difusor, uma haste de mistura, uma lente ou qualquer outro componente óptico interveniente entre os emissores 502, 504, 506 e um guia de onda de saída.
[0043] A Figura 6 ilustra uma modalidade de uma fonte de luz 500 com os emissores 502, 504, 506 que fornecem luz para a região de coleta 508 em um ângulo igual ou substancialmente igual. A luz é fornecida a um ângulo substancialmente perpendicular à região de coleta 508. A fonte de luz 500 inclui uma pluralidade de espelhos dicroicos incluindo um primeiro espelho dicroico 602, um segundo espelho dicroico 604 e um terceiro espelho dicroico 606. Os espelhos
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16/37 dicroicos 602, 604, 606 incluem espelhos que refletem um primeiro comprimento de onda de luz, mas que transmitem (ou são transparentes a) um segundo comprimento de onda de luz. Por exemplo, o terceiro espelho dicroico 606 pode refletir luz laser azul fornecida pelo terceiro emissor, enquanto é transparente à luz vermelha e verde fornecidas pelo primeiro emissor 502 e o segundo emissor 504, respectivamente. O segundo espelho dicroico 604 pode ser transparente à luz vermelha do primeiro emissor 502, mas reflexivo à luz verde do segundo emissor 504.
[0044] Devido ao fato de que os espelhos dicroicos permitem que outros comprimentos de onda sejam transmitido ou passem através deles, cada um dos comprimentos de onda pode chegar à região de coleta 508 a partir de um mesmo ângulo e/ou com o mesmo centro ou ponto focal. Fornecer luz a partir do mesmo ângulo e/ou do mesmo ponto focal/central pode melhorar significativamente a recepção e a mistura de cores na região de coleta 508. Por exemplo, uma fibra específica pode receber as cores diferentes nas mesmas proporções que foram transmitidas/refletidas pelos emissores 502, 504, 506 e os espelhos 602, 604, 606. A mistura de luz pode ser significativamente aprimorada na região de coleta em comparação com a modalidade da Figura 5. Em uma modalidade, quaisquer componentes ópticos aqui discutidos podem ser usados na região de coleta 508 para coletar luz antes de fornecê-la a um feixe de fibras.
[0045] A Figura 7 ilustra uma modalidade de uma fonte de luz 500 com os emissores 502, 504, 506 que também fornecem luz para a região de coleta 508 em um ângulo igual ou substancialmente igual. Entretanto, a luz incidente na região de coleta 508 é deslocada em relação à perpendicular. O ângulo 702 indica o desvio de ângulo em relação à perpendicular (ou seja, é um ângulo não perpendicular). Em uma modalidade, os emissores de laser 502, 504, 506 podem ter perfis
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17/37 de intensidade em seção transversal que são gaussianos. Conforme discutido anteriormente, a distribuição aprimorada de energia luminosa entre as fibras pode ser obtida mediante a criação de um perfil de intensidade com formato mais plano ou de cartola. Em uma modalidade, à medida que o ângulo 702 é aumentado, a intensidade através da região de coleta 508 se aproxima de um perfil cartola. Por exemplo, um perfil cartola pode ser aproximado mesmo com um feixe de saída não plano mediante o aumento do ângulo 702 até que o perfil seja suficientemente plano.
[0046] O perfil cartola também pode ser obtido usando uma ou mais lentes, difusores, hastes de mistura ou qualquer outro componente óptico interveniente entre os emissores 502, 504, 506 e um guia de onda de saída ou feixe de fibras ópticas.
[0047] A Figura 8 é uma vista lateral esquemática que ilustra a saída de luz de uma fibra óptica 802 em comparação com o campo de visão de uma câmera. Em uma modalidade, uma fibra plástica tem uma abertura numérica de 0,63 com um campo de visão de 100 graus, conforme indicado pela linha tracejada 806, e uma fibra de vidro tem uma abertura numérica de 0,87 com um campo de visão de 120 graus, conforme indicado pela linha contínua 804. Entretanto, a luz emitida dentro do campo de visão tem um perfil aproximadamente gaussiano dentro de um cone de luz que é menor do que o campo de visão. Por exemplo, quase toda a luz para uma fibra plástica pode estar dentro de um cone de 80 graus, conforme indicado pela linha pontilhada 808. Dessa forma, uma região central de uma imagem pode ser muito brilhante enquanto as bordas são escuras demais. Esse problema é pior quando a fibra plástica é usada, por exemplo, quando o guia de onda de lúmen inclui fibras plásticas.
[0048] Em uma modalidade, uma distribuição mais uniforme de luz pode ser obtida direcionando as extremidades das fibras onde a luz sai
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18/37 do feixe de fibras. A Figura 9 é um diagrama esquemático que ilustra o direcionamento das fibras, como as fibras plásticas, de um feixe de fibras 902 em uma extremidade de saída. Direcionar as fibras para longe de um centro pode ampliar o cone em um campo de visão sem perda de luz na saída. Uma extremidade de cada fibra pode ser mantida em uma posição desejada para distribuir a luz onde a combinação de cones de luz das fibras fornece uma iluminação mais uniforme. Um feixe de fibras 902 inclui uma pluralidade de fibras e linhas 904 que indicam a orientação da saída dos cones pelas fibras individuais. Por exemplo, um acessório pode ser usado para manter as extremidades das fibras em um molde físico, em uma folha com orifícios ou algo similar que possa manter as fibras na orientação desejada. As fibras podem ser orientadas em uma orientação ideal para iluminar uniformemente uma cena. As pontas das fibras no feixe de fibras podem estar localizadas perto de uma ponta do escopo e podem ser apontadas para espalhar a luz ao redor de uma região centralizada no ponto focal ou no eixo da lente da câmera.
[0049] A Figura 10 é um diagrama esquemático que ilustra a saída de luz usando as fibras de vidro 1004. Especificamente, um guia de onda de lúmen pode incluir fibras plásticas 1002 e, então, fazer a transição para as fibras de vidro 1004 em ou próximo a uma saída. As fibras de vidro 1004 têm, em geral, uma abertura numérica mais alta e um campo de visão mais amplo do que as fibras plásticas. Dessa forma, uma distribuição mais ampla e uniforme de energia luminosa pode ser obtida. A luz que se desloca através das fibras plásticas 1002 pode ser guiada para as fibras de vidro 1004 através do conector 1006 ou do guia de onda conector. A saída de luz das fibras de vidro 1004 pode ter um cone de luz amplo 1008, em comparação com o cone de luz para uma fibra plástica, para proporcionar a iluminação aprimorada de uma cena. O acoplamento pode ocorrer em uma peça portátil ou em um lúmen do
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19/37 artroscópio. Por exemplo, o conector 1006 pode ser posicionado em uma peça portátil ou em um lúmen para limitar a quantidade de fibras de vidro 1004 usadas. Mover a fibra plástica através de um afunilamento na peça portátil ou no lúmen para uma fibra de vidro que tem uma abertura numérica mais alta (por exemplo, NA de ,84- ,87) pode resultar no mesmo campo de visão que um atroscópio convencional. Entretanto, a perda de luz pode ser significativa, como de cerca de 25% em comparação com a modalidade de direcionamento, que não experimenta nenhuma perda de luz na saída.
[0050] A Figura 11 é um diagrama esquemático que ilustra a saída de luz usando um difusor 1104 em uma saída. Especificamente, um guia de onda de lúmen pode incluir fibras plásticas 1102 e, então, fazer a transição para o difusor 1104 em ou próximo a uma saída. O difusor 1104 pode incluir qualquer tipo de difusor óptico, haste de mistura ou similares. Difusores exemplificadores incluem um difusor holográfico obtido a partir da Edmund®, Luminit® ou um Engineered Diffuser™ da RPC. O difusor na saída pode produzir um ângulo ainda maior do que o uso de fibras de classe, mas é menos eficiente, como de cerca de 40 a 60% eficiente em comparação com a modalidade de direcionamento.
[0051] Em uma modalidade, as fibras plásticas 1002 são significativamente mais baratas do que as fibras de vidro 1004. O preço reduzido pode levar a um sistema de iluminação e sistema endoscópico significativamente mais baratos. Devido ao fato de o vidro somente poder ser usado por uma curta distância próxima a uma saída, ou não poder ser usado de modo algum, uma economia de custo significativa pode ser obtida. Por exemplo, essa economia de custo do plástico pode ainda ser obtida na modalidade da Figura 10, pois a quantidade (comprimento e número) das fibras de vidro 1004 é significativamente reduzida. Embora quantidades significativas de luz possam ser perdidas na transição do plástico para o vidro (por exemplo, 25% de perda), ou
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20/37 usando um difusor (por exemplo, com perda de luz de 40 a 60%), o uso do perfil cartola, ou de outros métodos da presente invenção, ainda pode permitir que iluminação suficiente seja fornecida a uma região de imageamento em comparação com outros métodos ou dispositivos. Por exemplo, os outros métodos e dispositivos aqui discutidos relacionados podem ser usados em combinação para fornecer um sistema de iluminação endoscópica de modo geral mais barato, enquanto mantém iluminação suficiente para proporcionar uma alta qualidade de imagem. Em uma modalidade, uma porção do sistema endoscópico, como o guia de onda de lúmen 110 da Figura 1, pode ser descartável ou substituível. [0052] Deve-se compreender que as modalidades para emitir luz podem incluir uma combinação das modalidades das Figuras 9 a 11. Por exemplo, as fibras plásticas podem ser transicionadas para as fibras de vidro e as fibras de vidro podem visar proporcionar uma iluminação mais uniforme e aprimorada.
[0053] A Figura 12 é um diagrama de fluxo esquemático que ilustra um método exemplificador 1200 para fornecer luz a uma cena de imageamento em um ambiente deficiente de luz. O método 1200 pode ser realizado por um sistema de iluminação, como o sistema 100 da Figura 1.
[0054] O método 1200 inicia e um sensor de imagem gera e lê em 1202 dados de pixel de um sensor de imagem para uma imagem com base na luz recebida pelo sensor de imagem, sendo que um intervalo de tempo para ler uma linha de dados de pixel inclui um comprimento de leitura de linha. Um emissor emite em 1204 luz para iluminar uma cena observada pelo sensor de imagem. Um acionador aciona em 1206 a emissão pelo emissor, sendo que o acionador inclui uma especificação de tremulação menor ou igual ao comprimento de leitura de linha. Um controlador controla em 1208 o acionador para acionar o emissor para gerar pulsos de luz entre os períodos de leitura para o
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21/37 sensor de imagem.
[0055] A Figura 13 é um diagrama de fluxo esquemático que ilustra um método exemplificador 1300 para fornecer luz a uma cena de imageamento em um ambiente deficiente de luz. O método 1300 pode ser realizado por um sistema de iluminação, como o sistema 100 da Figura 1.
[0056] O método 1300 começa e um primeiro emissor e um segundo emissor emitem em 1302 luz que inclui um primeiro comprimento de onda e um segundo comprimento de onda. Uma pluralidade de fibras ópticas guiam em 1304 a luz gerada pelo primeiro emissor e o segundo emissor para uma cena em um ambiente endoscópico. A pluralidade de fibras ópticas recebe em 1306 uma quantidade substancialmente igual de luz (luz mista) do primeiro emissor e do segundo emissor em cada fibra óptica da pluralidade de fibras ópticas.
[0057] A Figura 14 é um diagrama de fluxo esquemático que ilustra um método exemplificador 1400 para fornecer luz a uma cena de imageamento em um ambiente deficiente de luz. O método 1400 pode ser realizado por um sistema de iluminação, como o sistema 100 da Figura 1.
[0058] O método 1400 inicia e um ou mais emissores emitem luz em 1402. Uma pluralidade de fibras ópticas guia em 1404 luz do um ou mais emissores para um ambiente endoscópico. Cada fibra óptica da pluralidade de fibras ópticas recebe em 1406 uma quantidade substancialmente igual de luz a partir de um ou mais emissores.
[0059] A Figura 15 é um diagrama de fluxo esquemático que ilustra um método exemplificador 1500 para fornecer luz a uma cena de imageamento em um ambiente deficiente de luz. O método 1500 pode ser realizado por um sistema de iluminação, como o sistema 100 da Figura 1.
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22/37 [0060] O método 1500 começa e uma pluralidade de fibras ópticas guia em 1502 a luz para uma cena endoscópica. Um membro de espalhamento de luz espalha em luz 1504 luz para aumentar uma ou mais dentre uma uniformidade e uma área sobre a qual a luz que sai do guia de onda é distribuída.
[0061] Em uma modalidade, uma única fibra pode substituir um feixe de fibras (como um feixe de fibras, como em qualquer uma das Figuras 3, 9, 10 ou 11). A fibra única pode ser maior e pode ser capaz de suportar uma quantidade maior de energia do que um feixe de fibras menores para a mesma área em seção transversal ocupada. A fibra única pode se estender a partir de um console e através de um lúmen para fornecer luz para o interior de um corpo, ou outro ambiente com deficiência de luz. Por exemplo, a fibra única pode operar como um guia de onda de lúmen que se estende a partir de uma fonte de luz 102 ou guia de onda de ponte 106 e através de um lúmen 112 (consulte a Figura 1). A luz pode ser fornecida pela fonte de luz 102 diretamente à fibra única com um perfil cartola.
[0062] Devido ao fato de que uma fibra plástica pode ter apenas uma abertura numérica de ,63 ou, 65, a maior parte da luz pode sair apenas a um ângulo de 70 ou 80 graus. Em uma saída de fibra única (por exemplo, em uma extremidade distal de um lúmen), um difusor pode ser posicionado para espalhar a luz de saída e criar uma iluminação mais uniforme dentro de um campo de visão de uma câmera que captura imagens. Em uma modalidade, o tipo de difusor ou a presença de um difusor pode ser baseado no campo de visão usado pela câmera durante o exame. Por exemplo, procedimentos ou exames laparoscópicos podem permitir campos de visão mais estreitos (como de 70 graus), enquanto procedimentos ou exames artroscópicos podem usar campos de visão mais amplos (como de 110 graus). Dessa forma, um difusor pode ser usado para exames artroscópicos ou lúmens,
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23/37 enquanto um difusor pode estar ausente para exames laparoscópicos ou lúmens. Por exemplo, a luz pode ser emitida a partir da fibra para o ambiente interior sem passar através de um difusor no exame laparoscópico ou lúmen.
[0063] A Figura 16 é um diagrama esquemático que ilustra uma única fibra óptica 1602 emitindo por meio de um difusor 1604 em uma saída. Em uma modalidade, a fibra óptica 1602 pode ter um diâmetro de 500 microns e ter uma abertura numérica de ,65 e emitir um cone de luz 1606 de cerca de 70 ou 80 graus sem um difusor 1604. Com o difusor, o cone de luz 1606 pode ter um ângulo de cerca de 110 ou 120 graus.
[0064] A Figura 17 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade exemplificadora de um sistema 1700 para fornecer iluminação a um ambiente deficiente de luz, como para imageamento endoscópico. O sistema 1700 inclui uma fonte de luz 102, um controlador 104, um guia de onda de lúmen 1702, um lúmen 112 e um sensor de imagem 114 com componentes ópticos anexos. Em uma modalidade, a fonte de luz 102 e/ou o controlador 104 podem estar situados em um console ou unidade de controle de câmera 1704 à qual um endoscópio que compreende o lúmen 112 pode ser fixado.
[0065] A fonte de luz 102 gera luz ou outra energia eletromagnética que é fornecida no guia de onda de lúmen 1702 usando qualquer modalidade ou método discutido na presente invenção. A energia eletromagnética percorre o guia de onda de lúmen 1702 para iluminar uma cena em uma extremidade distal do lúmen 112. O lúmen 112 pode ser inserido no corpo de um paciente para imageamento, como durante um procedimento ou exame. A luz é fornecida como ilustrado pelas linhas tracejadas 1706. Uma cena iluminada pela luz pode ser capturada com o uso do sensor de imagem 114 e exibida para um médico ou outro pessoal médico.
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24/37 [0066] Em uma modalidade, o guia de onda de lúmen 1702 pode incluir uma única fibra óptica plástica de cerca de 500 microns. A fibra plástica pode ser de baixo custo, mas a largura pode permitir que a fibra transporte uma quantidade suficiente de luz para uma cena, com acoplamento, difusor ou outras perdas. O guia de onda de lúmen 110 inclui uma pluralidade de fibras ópticas. O guia de onda de lúmen 1702 pode receber luz diretamente da fonte de luz ou através de um guia de onda de ponte (por exemplo, consulte o guia de onda de ponte 106 da Figura 1). Um difusor pode ser usado para ampliar a saída de luz 1706 para um campo de visão desejado do sensor de imagem 114 ou outros componentes ópticos.
Exemplos [0067] Os exemplos a seguir referem-se a modalidades adicionais. [0068] O Exemplo 1 é um sistema endoscópico que inclui um sensor de imagem. O sensor de imagem inclui uma matriz de pixel e é configurado para gerar e ler dados de pixel para uma imagem com base na radiação eletromagnética recebida pela matriz de pixel. A matriz de pixel inclui uma pluralidade de linhas para ler dados de pixel, sendo que um intervalo de tempo para ler toda a pluralidade de linhas dos dados de pixel na matriz de pixel compreende um período de leitura. O sistema endoscópico inclui um emissor configurado para emitir radiação eletromagnética para iluminação de uma cena observada pelo sensor de imagem. O sistema endoscópico inclui um acionador de radiação eletromagnética configurado para acionar as emissões pelo emissor, sendo que o acionador de radiação eletromagnética inclui uma especificação de tremulação que é menor do que ou igual a cerca de 10% a cerca de 25% por cento do período de leitura da matriz de pixel do sensor de imagem.
[0069] No Exemplo 2, o sistema endoscópico do Exemplo 1 inclui adicionalmente um controlador configurado para controlar o acionador
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25/37 de radiação eletromagnética para acionar o emissor para gerar um ou mais pulsos de radiação eletromagnética entre um período de leitura para o sensor de imagem.
[0070] No Exemplo 3, o controlador do Exemplo 2 é adicionalmente configurado para determinar uma temporização para sinais para o acionador de radiação eletromagnética para pulsar radiação eletromagnética para iluminar uma cena em um ambiente endoscópico sem se sobrepor ao período de leitura para o sensor de imagem.
[0071] No Exemplo 4, o período de leitura como em qualquer um dos exemplos 2 a 3 começa após a leitura de uma fileira ou coluna de pixels pretos ópticos e o período de leitura termina com a leitura de uma fileira ou coluna de pixels pretos ópticos.
[0072] No Exemplo 5, um intervalo de tempo para ler dados de pixel para um único pixel em qualquer um dos exemplos 1 a 5 é um comprimento de leitura de pixel, sendo que a especificação de tremulação do acionador de radiação eletromagnética é menor do que ou igual ao comprimento de leitura de pixel do sensor de imagem.
[0073] No Exemplo 6, o sensor de imagem, como em qualquer um dos exemplos 1 a 5, inclui um sensor de imagem semicondutor de óxido metálico complementar (CMOS).
[0074] No Exemplo 7, o sensor de imagem CMOS, como em qualquer um dos Exemplos 1 a 6, é monocromático.
[0075] No Exemplo 8, o sensor de imagem CMOS, como em qualquer um dos Exemplos 1 a 6, possui filtros separadores de cor.
[0076] No Exemplo 9, o emissor, como em qualquer um dos Exemplos 1 a 8, inclui um ou mais lasers pulsantes.
[0077] No Exemplo 10, a especificação de tremulação do acionador de radiação eletromagnética, como em qualquer um dos Exemplos 1 a 9, é de cerca de 1 microssegundo ou menos.
[0078] No Exemplo 11, a especificação de tremulação do acionador
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26/37 de radiação eletromagnética, como em qualquer um dos Exemplos 1 a 9, é de cerca de 50 nanossegundos ou menos.
[0079] No Exemplo 12, o sensor de imagem, como em qualquer um dos Exemplos 1 a 5, inclui um sensor de imagem de dispositivo de carga acoplada (CCD).
[0080] No Exemplo 13, o sensor de imagem CCD, como em qualquer um dos Exemplos 1 a 5 e 12, é monocromático.
[0081] No Exemplo 14, o sensor de imagem CCD, como em qualquer um dos Exemplos 1 a 5 e 12, possui filtros separadores de cor. [0082] No Exemplo 15, o emissor, como em qualquer um dos Exemplos 1 a 14, emite uma pluralidade de pulsos de radiação eletromagnética, sendo que cada pulso sucessivo é uma faixa diferente de comprimentos de onda de energia eletromagnética.
[0083] No Exemplo 16, o sistema, como em qualquer um dos Exemplos 1 a 15, inclui um endoscópio que compreende um lúmen com uma extremidade distai, sendo que o sensor de imagem está situado dentro da extremidade distal do lúmen do endoscópio.
[0084] No Exemplo 17, o sistema é como em qualquer um dos Exemplos 1 a 4 e 6 a 16, em que um período de tempo para ler uma única linha de dados de pixel compreende um comprimento de leitura de linha, sendo que a especificação de tremulação é menor do que ou igual ao comprimento de leitura de linha.
[0085] O Exemplo 18 é um método para imageamento endoscópico que pode ser usado sozinho ou com qualquer um dos Exemplos 1 a 17. O método inclui gerar e ler dados de pixel para uma imagem com base na radiação eletromagnética recebida por uma matriz de pixel de um sensor de imagem. A matriz de pixel compreende uma pluralidade de linhas para ler dados de pixel, sendo que um intervalo de tempo para ler toda a pluralidade de linhas dos dados de pixel na matriz de pixel compreende um período de leitura. O método inclui também emitir
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27/37 radiação eletromagnética usando um emissor. O método inclui, ainda, iluminar uma cena observada pelo sensor de imagem com a radiação eletromagnética emitida pelo emissor. O método inclui, ainda, acionar a emissão pelo emissor usando um acionador de radiação eletromagnética, sendo que o acionador de radiação eletromagnética compreende uma especificação de tremulação que é menor do que ou igual a cerca de 10% a cerca de 25% por cento do período de leitura da matriz de pixel do sensor de imagem.
[0086] No Exemplo 19, o método como no Exemplo 18 inclui adicionalmente controlar o acionador de radiação eletromagnética para acionar o emissor para gerar um ou mais pulsos de radiação eletromagnética entre um período de leitura para o sensor de imagem usando um controlador.
[0087] No Exemplo 20, o método é, como em qualquer um dos Exemplos 18 e 19, em que o controlador determina uma temporização para sinais ao acionador de radiação eletromagnética para pulsar radiação eletromagnética para iluminar uma cena em um ambiente endoscópico sem se sobrepor ao período de leitura para o sensor de imagem.
[0088] No Exemplo 21, o método é como em qualquer um dos Exemplos 18 a 20, em que o período de leitura inicia após a leitura de uma fileira ou coluna de pixels pretos ópticos e o período de leitura termina com a leitura de uma fileira ou coluna de pixels pretos ópticos. [0089] No Exemplo 22, o método é como em qualquer um dos Exemplos 18 a 21, em que um intervalo de tempo para ler dados de pixel para um único pixel é um comprimento de leitura de pixel, sendo que a especificação de tremulação é menor do que ou igual ao comprimento de leitura de pixel do sensor de imagem.
[0090] No Exemplo 23, o método é como em qualquer um dos Exemplos 18 a 22, em que o sensor de imagem compreende um sensor
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28/37 de imagem semicondutor de óxido metálico (CMOS).
[0091] No Exemplo 24, o método é como em qualquer um dos Exemplos 18 a 23, em que o sensor de imagem CMOS é monocromático.
[0092] No Exemplo 25, o método é como em qualquer um dos Exemplos 18 a 23, em que o sensor de imagem CMOS é filtrado por cor. [0093] No Exemplo 26, o método é como em qualquer um dos Exemplos 18 a 25, em que o emissor compreende um ou mais lasers pulsantes.
[0094] No Exemplo 27, o método é como em qualquer um dos Exemplos 18 a 26, em que a especificação de tremulação do acionador de radiação eletromagnética é de cerca de 1 microssegundo ou menos. [0095] No Exemplo 28, o método é como em qualquer um dos Exemplos 18 a 27, em que a especificação de tremulação do acionador de radiação eletromagnética é de cerca de 50 nanossegundos ou menos.
[0096] No Exemplo 29, o método é como em qualquer um dos Exemplos 18 a 22 e 26 a 28, em que o sensor de imagem é um sensor de imagem de um dispositivo de carga acoplada (CCD).
[0097] No Exemplo 30, o método é como em qualquer um dos Exemplos 18 a 22 e 26 a 29, em que o sensor de imagem CDD é monocromático.
[0098] No Exemplo 31, o método é como em qualquer um dos Exemplos 18 a 22 e 26 a 29, em que o sensor de imagem CDD é filtrado por cor.
[0099] No Exemplo 32, o método é como em qualquer um dos Exemplos 18 a 31, e inclui adicionalmente emitir uma pluralidade de pulsos de radiação eletromagnética com o emissor, sendo que cada pulso sucessivo é uma faixa diferente de comprimentos de onda de energia eletromagnética.
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29/37 [0100] No Exemplo 33, o método é como em qualquer um dos Exemplos 18 a 32, em que o sensor de imagem está situado dentro de uma extremidade distal de um lúmen de um endoscópio.
[0101] No Exemplo 34, o método é como em qualquer um dos Exemplos 18 a 21 e 23 a 33, em que um período de tempo para ler uma única linha de dados de pixel compreende um comprimento de leitura de linha, sendo que a especificação de tremulação é menor do que ou igual ao comprimento de leitura de linha.
[0102] O Exemplo 35 é uma fonte de luz endoscópica que pode ser usada sozinha ou com qualquer um dos Exemplos 1 a 34. A fonte de luz endoscópica inclui um primeiro emissor que emite luz de um primeiro comprimento de onda em um primeiro espelho dicroico que reflete a luz do primeiro comprimento de onda para uma pluralidade de fibras ópticas. A fonte de luz endoscópica inclui também um segundo emissor que emite luz de um segundo comprimento de onda em um segundo espelho dicroico que reflete a luz do segundo comprimento de onda para a pluralidade de fibras ópticas. O primeiro espelho dicroico é transparente para a luz do segundo comprimento de onda.
[0103] No Exemplo 36, o primeiro espelho dicroico, como no Exemplo 35, reflete luz do primeiro comprimento de onda na pluralidade de fibras ópticas em um ângulo que é substancialmente perpendicular ao primeiro emissor.
[0104] No Exemplo 37, o segundo espelho dicroico, como em qualquer um dos Exemplos 35 e 36, reflete luz do segundo comprimento de onda na pluralidade de fibras ópticas através do primeiro espelho dicroico em um ângulo que é substancialmente perpendicular ao segundo emissor.
[0105] No Exemplo 38, o primeiro espelho dicroico, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 37, reflete luz do primeiro comprimento de onda na pluralidade de fibras ópticas em um ângulo que está
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30/37 deslocado em relação à perpendicular.
[0106] No Exemplo 39, o segundo espelho dicroico, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 38, reflete luz do segundo comprimento de onda na pluralidade de fibras ópticas em um ângulo através do primeiro espelho dicroico em um ângulo que está deslocado em relação à perpendicular.
[0107] No Exemplo 40, a fonte de luz endoscópica, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 39, inclui adicionalmente um terceiro emissor que emite luz de um terceiro comprimento de onda em um terceiro espelho dicroico que reflete a luz do terceiro comprimento de onda para a pluralidade de fibras ópticas.
[0108] No Exemplo 41, o primeiro espelho dicroico e o segundo espelho dicroico, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 40, são transparentes à luz do terceiro comprimento de onda.
[0109] No Exemplo 42, o terceiro espelho dicroico, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 41, reflete luz do terceiro comprimento de onda na pluralidade de fibras ópticas em um ângulo que é substancialmente perpendicular ao terceiro emissor.
[0110] No Exemplo 43, o terceiro espelho dicroico, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 42, reflete luz do terceiro comprimento de onda na pluralidade de fibras ópticas em um ângulo que está deslocado em relação à perpendicular.
[0111] No Exemplo 44, a luz do terceiro comprimento de onda refletida pelo terceiro espelho dicroico, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 43 é refletida na pluralidade de fibras ópticas através do primeiro espelho dicroico.
[0112] No Exemplo 45, a luz do terceiro comprimento de onda refletida pelo terceiro espelho dicroico, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 43 é refletida na pluralidade de fibras ópticas através do segundo espelho dicroico.
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31/37 [0113] No Exemplo 46, a fonte de luz endoscópica, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 45, inclui adicionalmente um componente óptico interveniente, sendo que a luz do primeiro comprimento de onda e a luz do segundo comprimento de onda passam através do componente óptico interveniente antes de entrar na pluralidade de fibras ópticas.
[0114] No Exemplo 47, o componente óptico interveniente, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 46, inclui um difusor.
[0115] No Exemplo 48, o componente óptico interveniente, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 46, inclui uma haste de mistura.
[0116] No Exemplo 49, a pluralidade de fibras ópticas, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 48, inclui uma pluralidade de fibras ópticas plásticas e sendo que o componente óptico interveniente inclui uma pluralidade de fibras de vidro.
[0117] No Exemplo 50, a fonte de luz endoscópica, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 49, inclui adicionalmente um terceiro emissor que emite luz de um terceiro comprimento de onda que é refletido por um terceiro espelho dicroico através do primeiro espelho dicroico e do segundo espelho dicroico, sendo que a luz do primeiro comprimento de onda, a luz do segundo comprimento de onda e a luz do terceiro comprimento de onda são misturadas pelo componente óptico interveniente para fornecer luz colorida substancialmente homogênea para cada uma da pluralidade de fibras ópticas.
[0118] No Exemplo 51, o primeiro emissor, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 50, inclui um primeiro emissor de laser e o segundo emissor inclui um segundo emissor de laser.
[0119] No Exemplo 52, o terceiro emissor, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 51, inclui um terceiro emissor de laser.
[0120] No Exemplo 53, a pluralidade de fibras ópticas, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 52, inclui entre 2 e 150 fibras.
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32/37 [0121] No Exemplo 54, um dentre o primeiro emissor, o segundo emissor e o terceiro emissor, como em qualquer um dos Exemplos 35 a 53, emite uma luz vermelha, e sendo que um dentre o primeiro emissor, o segundo emissor e o terceiro emissor emite uma luz verde, e sendo que um dentre o primeiro emissor, o segundo emissor e o terceiro emissor emite uma luz azul.
[0122] O Exemplo 55 é um sistema endoscópico que pode ser usado sozinho ou com qualquer um dos Exemplos 1 a 54. O sistema endoscópico pode incluir uma fibra óptica única. O sistema endoscópico pode incluir uma fonte de luz que transmite luz para a fibra óptica única. Adicionalmente, o sistema endoscópico pode incluir um sensor de imagem disposto em uma extremidade distai da fibra óptica única.
[0123] No Exemplo 56, o sistema, como no Exemplo 55, inclui um difusor disposto em uma extremidade distai da fibra óptica única.
[0124] No Exemplo 57, o difusor, como em qualquer um dos Exemplos 55 e 56, fornece um cone de luz que tem um ângulo entre 110 graus e 120 graus.
[0125] No Exemplo 58, a fibra óptica única, como em qualquer um dos Exemplos 55 a 57, fornece um cone de luz entre 70 graus e 80 graus.
[0126] No Exemplo 59, a fibra óptica única, como em qualquer um dos Exemplos 55 a 58, é uma fibra óptica plástica.
[0127] No Exemplo 60, a fibra óptica única, como em qualquer um dos Exemplos 55 a 59, tem uma abertura numérica de 0,63.
[0128] No Exemplo 61, a fibra óptica única, como em qualquer um dos Exemplos 55 a 59, tem uma abertura numérica de 0,65.
[0129] No Exemplo 62, a fibra óptica única, como em qualquer um dos Exemplos 55 a 61, tem um diâmetro entre 475 e 525 e microns.
[0130] No Exemplo 63, o sistema, como em qualquer um dos Exemplos 55 a 62, inclui adicionalmente um controlador de fonte de luz.
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33/37 [0131] No Exemplo 64, a fonte de luz e o controlador de fonte de luz, como em qualquer um dos Exemplos 55 a 63, estão situados em uma unidade de controle de câmera.
[0132] No Exemplo 65, a fibra óptica única, como em qualquer um dos Exemplos 55 a 64, é fixada a uma pluralidade de fibras ópticas entre a extremidade distai da fibra óptica única e um endoscópio.
[0133] No Exemplo 66, a pluralidade de fibras ópticas, como em qualquer um dos Exemplos 55 a 64, é fixada à unidade de controle de câmera através do endoscópio.
[0134] No Exemplo 67, a luz ou outra energia eletromagnética, como em qualquer um dos Exemplos 55 a 65, é transmitida através da fibra óptica única para iluminar uma cena em uma extremidade distai da fibra óptica única.
[0135] No Exemplo 68, a fibra óptica única, como em qualquer um dos Exemplos 55 a 66, é fixada a um endoscópio.
[0136] O Exemplo 69 é um endoscópio que pode ser usado sozinho ou com qualquer um dos Exemplos 1 a 68. O endoscópio pode incluir uma única fibra óptica, um sensor de imagem disposto em uma extremidade distai da fibra óptica única e um difusor disposto em uma extremidade distai da fibra óptica única.
[0137] No Exemplo 70, o difusor, como no Exemplo 69, fornece um cone de luz entre 110 e 120 graus na extremidade distai da fibra óptica única.
[0138] No Exemplo 71, o endoscópio, como em qualquer um dos Exemplos 69 e 70, inclui uma fonte de luz e um controlador de fonte de luz.
[0139] No Exemplo 72, a fonte de luz e o controlador de fonte de luz, como em qualquer um dos Exemplos 69 a 71, estão situados em uma unidade de controle de câmera.
[0140] No Exemplo 73, a fibra óptica única, como em qualquer um
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34/37 dos Exemplos 69 a 72, é fixada a uma pluralidade de fibras ópticas entre a extremidade distai da fibra óptica única e a fonte de luz.
[0141] No Exemplo 74, a luz ou outra energia eletromagnética, como em qualquer um dos Exemplos 69 a 73, é transmitida através da fibra óptica única para iluminar uma cena em uma extremidade distai da fibra óptica única.
[0142] No Exemplo 75, a pluralidade de fibras ópticas, como no Exemplo 73, inclui de 5 a 100 fibras.
[0143] O Exemplo 76 é um aparelho que inclui meios para executar um método ou implementar um aparelho como em qualquer um dos Exemplos 1 a 75.
[0144] O Exemplo 77 é uma modalidade que compreende qualquer combinação de elementos, funcionalidade ou dispositivos dos Exemplos 1 a 76.
[0145] Várias técnicas, ou certos aspectos ou partes do mesmo, podem assumir a forma de código de programa (ou seja, instruções) incorporadas em meios tangíveis, como disquetes, CD-ROMs, discos rígidos, um meio de armazenamento legível por computador não transitório ou qualquer outro meio de armazenamento legível por máquina em que, quando o código de programa é carregado e executado por uma máquina, como um computador, a máquina se torna um aparelho para executar as várias técnicas. No caso de execução de código de programa em computadores programáveis, o dispositivo de computação pode incluir um processador, um meio de armazenamento legível pelo processador (incluindo memória volátil e não volátil e/ou elementos de armazenamento), pelo menos um dispositivo de entrada e ao menos um dispositivo de saída. Os elementos de memória e/ou armazenamento voláteis e não voláteis podem ser uma RAM, uma EPROM, uma unidade flash, um drive óptico, um disco rígido magnético ou outro meio para armazenar dados eletrônicos. Um ou mais
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35/37 programas que podem implementar ou utilizar as várias técnicas aqui descritas podem usar uma interface de programação de aplicativo (API), controles reutilizáveis e similares. Tais programas podem ser implementados em um procedimento de alto nível ou em uma linguagem de programação orientada a objeto para se comunicar com um sistema de computador. No entanto, o(s) programa(s) pode(m) ser implementado(s) em linguagem de montagem ou de máquina, caso seja desejado. Em qualquer caso, a linguagem pode ser uma linguagem compilada ou interpretada, e combinada com implementações de hardware.
[0146] Deve-se compreender que muitas das unidades funcionais descritas neste relatório descritivo podem ser implementadas como um ou mais componentes, que é um termo usado para enfatizar mais particularmente sua independência de implementação. Por exemplo, um componente pode ser implementado como um circuito de hardware que compreende circuitos de integração em altíssima escala (VLSI) personalizados ou matrizes de porta, semicondutores avulsos como chips lógicos, transistores ou outros componentes distintos. Um componente também pode ser implementado em dispositivos de hardware programáveis como em matrizes de porta programáveis em campo, lógica de matriz programável, dispositivos lógicos programáveis ou similares.
[0147] Os componentes também podem ser implementados em software para execução por vários tipos de processadores. Um componente identificado de código executável pode, por exemplo, compreender um ou mais blocos físicos ou lógicos de instruções de computador, que podem, por exemplo, ser organizadas como um objeto, um procedimento ou uma função. No entanto, os executáveis de um componente identificado não precisam estar fisicamente situados juntos, mas podem compreender instruções díspares armazenadas em
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36/37 locais diferentes que, quando unidas logicamente umas às outras, compreendem o componente e alcançam o propósito declarado para o componente.
[0148] De fato, um componente do código executável pode ser uma única instrução, ou muitas instruções, e pode até mesmo ser distribuído por vários segmentos de código diferentes, entre programas diferentes, e através de vários dispositivos de memória. De modo similar, os dados operacionais podem ser identificados e ilustrados aqui nos componentes, e podem ser incorporados em qualquer forma adequada e organizados dentro de qualquer tipo adequado de estrutura de dados. Os dados operacionais podem ser coletados como um único conjunto de dados, ou podem ser distribuídos em diferentes locais, incluindo em diferentes dispositivos de armazenamento, e podem existir, ao menos parcialmente, meramente como sinais eletrônicos em um sistema ou rede. Os componentes podem ser passivos ou ativos, incluindo agentes funcionais para executar funções desejadas.
[0149] Referência, ao longo deste relatório descritivo, a um exemplo significa que um recurso, uma estrutura ou característica específica descrito em conexão com o exemplo é incluído em pelo menos uma modalidade da presente descrição. Assim, a ocorrência da frase em uma modalidade em várias partes deste relatório descritivo, não se refere, necessariamente, à mesma modalidade.
[0150] Para uso na presente invenção, uma pluralidade de itens, elementos estruturais, elementos de composição e/ou materiais pode ser apresentada em uma lista comum, por motivos de conveniência. Entretanto, essas listas devem ser interpretadas como se cada membro da lista fosse individualmente identificado como um membro separado e único. Assim, nenhum membro individual dessa lista deve ser interpretado como um equivalente de fato de qualquer outro membro da mesma lista unicamente com base na sua apresentação em um grupo
Petição 870190058596, de 25/06/2019, pág. 49/67
37/37 comum, sem indicações em contrário. Além disso, várias modalidades e exemplos da presente descrição podem ser aqui mencionados juntamente com alternativas para os vários componentes da mesma. Entende-se que tais modalidades, exemplos e alternativas não devem ser interpretados como equivalentes de fato um do outro, mas devem ser considerados como representações separadas e autônomas da presente descrição.
[0151] Embora o supracitado tenha sido descrito com algum pormenor por motivos de clareza, será evidente que certas alterações e modificações podem ser feitas sem se afastar dos princípios das mesmas. Deve ser observado que existem muitas maneiras alternativas de implementar tanto os processos como os aparelhos descritos na presente invenção. Consequentemente, as presentes modalidades devem ser consideradas ilustrativas e não restritivas.
[0152] Os versados na técnica entenderão que muitas alterações podem ser feitas aos detalhes das modalidades descritas acima sem que se afaste dos princípios subjacentes da descrição.

Claims (20)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Sistema endoscópico, caracterizado por compreender: uma fibra óptica única;
    uma fonte de luz que transmite luz para dentro da fibra óptica única; e um sensor de imagem disposto em uma extremidade distai da fibra óptica única.
  2. 2. Sistema endoscópico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, adicionalmente, um difusor disposto em uma extremidade distai da fibra óptica única.
  3. 3. Sistema endoscópico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo difusor fornecer um cone de luz que tem um ângulo entre 110 graus e 120 graus.
  4. 4. Sistema endoscópico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela fibra óptica única fornecer um cone de luz entre 70 graus e 80 graus.
  5. 5. Sistema endoscópico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela fibra óptica única ser uma fibra óptica plástica.
  6. 6. Sistema endoscópico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela fibra óptica única ter uma abertura numérica de 0,63.
  7. 7. Sistema endoscópico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela fibra óptica única ter uma abertura numérica de 0,65.
  8. 8. Sistema endoscópico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela fibra óptica única ter um diâmetro entre 475 e 525 microns.
  9. 9. Sistema endoscópico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, adicionalmente, um controlador de fonte de luz.
  10. 10. Sistema endoscópico, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela fonte de luz e o controlador de fonte de luz estarem
    Petição 870190058596, de 25/06/2019, pág. 51/67
    2/3 situados em uma unidade de controle de câmera.
  11. 11. Sistema endoscópico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela fibra óptica única ser fixada a uma pluralidade de fibras ópticas entre a extremidade distai da fibra óptica única e um endoscópio.
  12. 12. Sistema endoscópico, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela pluralidade de fibras ópticas ser fixada à unidade de controle da câmera através do endoscópio.
  13. 13. Sistema endoscópico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela luz ou outra energia eletromagnética ser transmitida através da fibra óptica única para iluminar uma cena em uma extremidade distai da fibra óptica única.
  14. 14. Sistema endoscópico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela fibra óptica única ser fixada a um endoscópio.
  15. 15. Endoscópio, caracterizado por compreender:
    uma fibra óptica única;
    um sensor de imagem disposto em uma extremidade distai da fibra óptica única; e um difusor disposto em uma extremidade distai da fibra óptica única.
  16. 16. Endoscópio, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo difusor fornecer um cone de luz entre 110 e 120 graus na extremidade distai da fibra óptica única.
  17. 17. Endoscópio, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender adicionalmente uma fonte de luz e um controlador de fonte de luz.
  18. 18. Endoscópio, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pela fonte de luz e o controlador de fonte de luz estarem situados em uma unidade de controle de câmera.
  19. 19. Endoscópio, de acordo com a reivindicação 18,
    Petição 870190058596, de 25/06/2019, pág. 52/67
    3/3 caracterizado pela fibra óptica única ser fixada a uma pluralidade de fibras ópticas entre a extremidade distai da fibra óptica única e a fonte de luz.
  20. 20. Endoscópio, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pela luz ou outra energia eletromagnética ser transmitida através da fibra óptica única para iluminar uma cena em uma extremidade distai da fibra óptica única.
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