CN102614552A - 具有集成图像传感器的气体吹入针 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体吹入装置，其包括：限定了用于接收吹入气体的端口的外壳和限定了纵向轴的伸长套管。所述伸长套管具有近侧端和远侧端，并且所述远侧端限定了锋利的末端。管芯设置在所述伸长套管中。所述管芯可在所述管芯延伸超过所述套管的末端的延伸位置和暴露所述锋利的末端以穿透通过身体组织的回缩位置之间移动。所述伸长套管和所述管芯两者中的至少一个限定了与所述端口呈流体连通的通路，从而将所述吹入气体引入体腔。图像传感器位于所述伸长套管上。将所述图像传感器装配成接收所述伸长套管的远侧端的临近区域的光学图像并将其配置为传输用于临床医生观察的所述光学图像。

Description

具有集成图像传感器的气体吹入针

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年1月31日提交的序列号为61/437,778的美国临时申请的权益以及优先权，将其全部内容以引用方式并入本申请。

背景技术

技术领域

本公开涉及手术用针，并且尤其涉及用于使腹膜腔充气的气体吹入针或气腹针，其包括用于提供所述针的接触点的视频图像的集成传感器。

相关技术背景

腹腔镜或内窥镜手术已经作为用于治疗多种疾病的优选手术操作而被广泛地接受，这些疾病曾经是用传统的手术技术来正规治疗的。

在腹腔镜操作中，通过贯穿腹膜腔壁延伸的小切口而在腹部的内部(例如，腹膜腔)来进行手术；在内窥镜操作中，通过皮肤内的小入口伤来插入细窄的内窥镜管从而在身体的任何空腔性脏器内进行手术。

结合腹腔镜手术，气腹气体通常被引入到腹膜腔内以扩大腹膜腔并抬高腹膜腔壁使其远离生命器官。然后，将套管针(例如，尖端锋利的器械)插入到插管组件内并将其用于穿刺腹膜腔的衬里。接着，将套管针撤出，并将腹腔镜手术器械插入通过该插管组件以进行所需的手术。

用来将气腹气体引入到腹膜腔内的常规系统包括通过软导管与气源相连接的气腹针。通常采用的气腹针为Veress型针，其包括伸长的中空外部护套，该中空外部护套具有用于穿透腹膜腔衬里的锋利的远侧端。装有弹簧的钝口管芯在护套内是轴向可移动的并且在远侧偏置，这样，当气腹针穿透衬里时，管芯的钝口端回缩，而一旦气腹针穿透腹膜腔的衬里，管芯向前延伸超过气腹针的锋利端。气腹气体管理系统通常还包括至少一个容积流量调节器，以控制通过气腹针的气流流速。在5,300,084中公开了用于引入气腹气体的这样的系统的例子，其全部内容通过引用被并入本申请。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种气体吹入装置。所述气体吹入装置包括限定了用于接收吹入气体的端口的外壳。一伸长套管从所述外壳延伸并限定了纵向轴。所述伸长套管具有近侧端和限定了锋利的末端的远侧端。管芯设置在所述伸长套管中。所述管芯可以相对于所述套管在延伸位置和回缩位置之间移动。在所述延伸位置，所述套管的远侧端延伸超过所述伸长套管的锋利的末端。在所述回缩位置，暴露所述套管的锋利的末端用于穿透通过身体组织。所述伸长套管和所述管芯两者中的一个(或者两个)限定了与所述端口呈流体连通的通道以将吹入气体引入体腔。图像传感器位于所述伸长套管上。将所述图像传感器装配成接收所述伸长套管的远侧端的临近区域的光学图像，并将其配置为传输光学图像以用于临床医师的观察。

在一个实施例中，所述图像传感器被配置为接收从所述伸长套管沿其纵向轴向远侧延伸的区域(即所述套管的接触区域)的光学图像。从所述图像传感器接收的所述光学图像可以经由无线或有线通信被传输到外部视频显示器。而且，所述图像传感器可以是CCD图像传感器、CMOS图像传感器等。

在另一个实施例中，所述气体吹入装置进一步包括用于偏置处于所述延伸位置的所述管芯的偏置构件。

在另一个实施例中，可提供照明光源用来照亮所述伸长套管的锋利末端的接触区域，以便使所述接触区域具有更好的可见性。所述照明光源可以是光纤束、LED或其他合适的照明光源。

在另一个实施例中，所述图像传感器被配置为将所述光学图像作为模拟信号或者可选择地作为数字信号传输到控制电路单元。接着，所述控制电路单元将所述信号传输到所述外部视频显示器。

在另一个实施例中，将保护罩(例如透镜或透明环氧树脂)设置在所述图像传感器上以保护和/或增强所述图像传感器。

附图说明

在此参照附图描述主题器械的多种实施例，其中：

图1为根据本发明的一个实施例的气腹针的侧视图；

图2为图1的气腹针的剖面侧视图；

图3为显示图1的气腹针通过身体组织而插入的所述气腹针的剖面侧视图；

图4为显示位于内部体腔内的图1的气腹针的剖面侧视图；

图5为示出根据本公开的另一个实施例的被插入身体组织内的手术系统的立体图；

图6为图5的被插入身体组织内的手术系统的气体吹入器械和进入器械的放大立体图；

图7为图6的进入内部体腔的气体吹入器械和进入器械的放大立体图；

图8为图5的手术系统的立体图，其图示了使用所述气体吹入器械将流体引入到内部体腔内；

图9为显示处于第一位置的图1的气腹针或图5的手术系统的远侧末端结构的放大剖面侧视图；以及

图10为显示处于第二位置的图1的气腹针或图5的手术系统的远侧末端结构的放大剖面侧视图。

具体实施方式

现在，将参照附图详细描述当前公开的手术器械的实施例，在附图中相同的附图标记标示类似或相同的结构元件。如图所示并且如下文通篇所描述的，与常规的做法相同，当涉及手术器械上的相对定位时，术语“近侧”指装置靠近使用者的一端，而术语“远侧”指装置远离使用者的一端。

参照图1和图2，通常由附图标记100标示根据本公开的实施例的气体吹入针或气腹针。气腹针100与共同所有(commonly-owned)美国专利第7,618,399号所公开的类似，因此将该专利的全部内容以引用方式并入本申请。针100用作气腹气体“A”(例如，空气、CO₂等)的源头和腹膜腔“C”(参见图3和图4)之间的导管，其中气腹气体“A”可进入并扩张腹膜腔“C”从而在腹腔镜手术期间更容易地接近内部器官。尽管下文公开的实施例主要涉及腹腔镜手术，但本领域技术人员能够想到并且在本公开的范围内将这里公开的原理应用到无数其他的手术操作，包括但不限制于内窥镜操作、关节内窥镜操作等。

气腹针100包括外壳102、可操作地连接到外壳102的远侧端102a的伸长中空管状体104，以及可滑动地容纳于管状体104内的管状杆106。气腹针100可操作地连接到气腹气体“A”的源头，更具体而言，气腹针100可操作地与气腹气体“A”的源头呈流体接合。管状体104包括在其远侧端104a形成的穿孔边缘或末端108用于穿透腹膜腔的衬里。管状体104进一步包括在其内形成的通道105用于与气体管理系统“A”呈流体连通。

管状杆106包括钝口的远侧末端106a、可容纳于在外壳102内形成的空腔102b中的近侧端部106b，并且管状杆106限定了贯穿其纵向伸展的伸长的空腔107a。管状杆106的远侧末端106a限定了在其中形成的开口107b，尽管本领域技术人员能够想到开口107b可以是其他的取向，但在该实施例中，开口107b形成在朝向远侧的方向上。

继续参考图1-图2，设定管状杆106的尺寸，使得当管状杆106处于如图2所示的第一或延伸位置时，其远侧末端106a延伸超过管状体104的穿孔边缘108。管状杆106被装配成从处于如图2所示的第一或延伸位置向处于如图3所示的第二或回缩位置纵向地交互移动，并且在盘簧110的影响下朝向第一或延伸位置偏置。弹簧110设置在外壳102的空腔102b内以使弹簧110的一端与端面板112接触，而弹簧110的另一端与外壳102的空腔102b的朝向远侧的内部表面(未示出)接触。

气腹针100进一步包括设置在管状体104的远侧端104a(即，管状体104的穿孔边缘108的接触点处)的集成可视传感器组件120，用于提供从气腹针100在其方向上向远侧伸展的区域的视频图像。正如将在下文中更加详细描述的，传感器组件120包括从管状体104的远侧端104a通过管状体104向近侧延伸进入外壳102的线缆或电线122(或电线束)。线缆124使得设置在管状体104的远侧端104a的传感器组件120与设置在外壳102内的控制电路126相连。控制电路126与传输机128相连，传输机128用于通过传输线缆130将从传感器组件120(通过线缆124)接收的信号传输到外部视频显示器260(参见图8)。然而，从传输机128到视频显示器260(参见图8)的信号无线传输也是预期的。在下文中将更详细地描述传感器组件120的部件和操作。

现在转到图3-图4，在气腹针100的使用期间，当管状体104的末端108被插入到身体组织内时，即当管状体104的末端108向着病人皮肤按压时，管状杆106的远侧末端106a从第一位置被推进至第二位置，即进入管状体104中。当管状杆106在第二或回缩位置时，气腹气体被阻止进入空腔107a，并且因此被阻止通过开口107b进入到腹膜腔“C”中。在气腹针100通过组织前进并进入腹膜腔“C”期间，可视传感器组件120给外科医生提供针100的接触点的视频图像，使得外科医生能够确定管状体104的末端108相对于周围组织的位置。

一旦管状体104的末端108完全穿透病人的腹壁，管状杆106的远侧末端106a实际上将不再受阻，因此在盘簧110的偏压下其被允许移动回到第一或延伸位置。在这个位置上，气体从气体吹入源“A”通过管状杆106的内腔107a(即在箭头“F”的方向上)流动来向腹膜腔“C”提供气体。此外，在这个位置上，由于管状杆106的延伸位置，末端108被保护，即不暴露在外，从而防止组织的不当穿刺。

现参照图5一图8，根据本公开的原理的用于气体吹入和允许进入深在体腔的手术系统一般用附图标记200来标示。手术系统200与共同所有美国专利第7,329,233号的手术系统类似，将其全部内容以引用方式并入本申请。

手术系统200包括进入器械210和气体吹入器械220，气体吹入器械220至少部分位于进入器械210内。进入器械210用于通过组织并进入到下面的体腔(例如，腹腔或腹膜腔)内，而气体吹入器械220用于将吹入气体引入体腔内以扩张该空腔从而有利于接近其内的器官和组织。

进入器械210通常包括进入外壳212和从进入外壳212延伸的伸长构件214。进入外壳212和伸长构件214限定了通过并沿着进入器械210的长度延伸的纵向轴“X”。进入外壳212包括基座216和至少部分地处于基座216内的中心部(hub)218。进入器械210的伸长构件214从进入外壳212向远侧延伸并限定了总体为管状的形状。

继续参照图5-图8，气体吹入器械220包括外壳222和从外壳222向远侧延伸的气体吹入套管224。外壳222总体限定了椭圆形或卵形的形状，并且包括从外壳部件的外表面向外放射性延伸的一对锁定片(未示出)，其用来将气体吹入器械220紧固或锁定在进入器械210中。气体吹入外壳222进一步包括在外壳222的近侧端的端口232，其连接到吹入气体或如现有技术已知的诸如CO₂气体的气体介质的源头。

气体吹入套管224通过常用的方式牢固地安装到气体吹入外壳222。气体吹入套管224通常为管状的并且限定了锋利的远侧端225(例如，有斜面的一端)来辅助穿透身体组织。管芯226设置在套管224内部，并且包括设置在其远侧端的孔228。管芯226进一步限定了通过其延伸的管腔229，管腔229与在管芯226远侧端的孔228连通并且与在管芯226近侧端的端口232连通，这样，一旦启动，吹入气体可以通过管芯226经由孔228流入到内部体腔。此外，管芯226可以如图7-8所示向着第一或延伸位置偏置，其中管芯226从套管224向远侧突出或延伸。管芯226可以相对于套管224从第一或延伸位置移动到如图6所示的第二或回缩位置，其中管芯完全设置在套管224内，从而暴露套管224的锋利的远侧端225。

与上述气腹针100类似，手术系统200进一步包括设置在气体吹入套管224的远侧端(即，气体吹入套管224的接触点)的集成可视传感器组件240，用于提供从气体吹入器械220在其方向上向远侧延伸的区域的视频图像。如将在下文中更详细描述的，传感器组件240包括电线242(或电线束)，其从气体吹入套管224的远侧端向近侧延伸入外壳222，最后与位于气体吹入外壳222的外表面上的一组电触点(未示出)相连。将电触点(未示出)配置为与设置在进入器械210的进入外壳212的内表面上的相应触点(未示出)电相连，这样，如上所述，一旦将气体吹入器械220固定或锁定在进入器械210内，气体吹入外壳222与进入外壳212之间的电通信就会建立。进入器械210的进入外壳212的触点(未示出)最后与进入外壳212的控制电路单元244相连，这样，一旦将气体吹入器械220锁定在进入器械210内，传感器组件240就可以与控制电路单元244通信，反之亦然。可选择地，可以提供任何其他合适的通信机制，例如控制电路单元244可设置在气体吹入器械220上，这样就不需要电触点，或者来自传感器组件240的信号可以与控制电路244无线通信。

继续参照图5-图8，控制电路单元244与无线传输机246相连，无线传输机246用于将从传感器组件240(经由电线242和电触点)接收到的信号无线传输到位于远程的无线接收机250。无线接收机250与视频显示器260相连，视频显示器260被配置为显示从无线传输机246接收到的作为视频图像的无线信号。将在下文中更详细地描述传感器组件240的部件和操作。

图6-图8最好地显示了在使用中的气体吹入器械220位于进入器械210内并被紧固到其上。然后，应用气体吹入器械220使其紧靠病人的腹部区域，其中一旦管芯226的钝口端230接触到组织，管芯226就从第一位置回缩到第二位置以暴露气体吹入套管224的锋利端225。

通过继续施加力到气体吹入器械220上来继续该操作，以使气体吹入套管224的锋利端225如图6所示穿透组织而进入腹腔。在气体吹入器械220穿过组织前进期间，可视传感器组件240给外科医生提供气体吹入套管224的锋利端225的接触点的视频图像，以允许外科医生确定气体吹入套管224的锋利端225对于周围组织的相对位置。

一旦进入空腔，管芯226自由地向远侧移动至如图7所示的第一或延伸位置。在该位置，管芯226的钝口端230延伸超过气体吹入套管224的锋利端225以防止内部腹腔结构的穿刺或撕裂。气体源头与端口232连接以允许吹入气体流经管芯226的管腔229并流出孔228以扩张腹膜腔。一旦达到期望的压力，就可将气体吹入器械220从进入器械210移除，将进入器械210留在腹腔内。之后，进入器械210可被用作用于插入器械、观察仪器等的导管来执行期望的手术任务。

现在参照图9和图10，将详细描述传感器组件120、240的部件和操作(分别为图1-图4和图5-图8)。如图9和图10所示，手术系统200的传感器组件240设置在气体吹入器械220的套管224的远侧端。气腹针100的传感器组件120类似地位于(即设置在)气腹针100的管状体104的远侧端104a，并且以与将在下文中对于手术系统200的传感器组件240的描述基本相同的方式发挥作用。因此，下文仅描述气腹针100的传感器120与手术系统200的传感器组件240的区别以避免不要的重复。

结合图8，图9和图10最好地显示了，并且如上所述，手术系统200包括集成传感器组件240，其设置在套管224的锋利远侧末端225的总体面向远侧的表面225a(即，接触点)上。如上所述，与气腹针100的传感器组件120类似，传感器组件240可以被配置为向无线接收机250无线地传输信号(例如数字图像信号)，或可选择地，可以被配置为向接收机250有线地传输数字图像信号。无线接收机250被配置为去耦所述信号，并且反馈信号到视频显示器260以显示作为视频图像的信号。能够理解的是，包括集成传感器组件240的手术系统200使得外科医生和手术团队能够在视频显示器260上观察手术部位的实时图像，而不需要另外的切口或更大的切口来让照相机或传感器插入到身体内。更具体而言，传感器组件240与视频监视器260一起给外科医生提供了气体吹入器械220的锋利远侧末端225的接触区域(例口，从套管224的尖锐远侧末端225沿其类似的方向向远侧延伸的区域)的实时图像，从而允许外科医生从视觉上确认气体吹入套管224的位置，例如，套管224是在回缩位置还是在延伸位置，以及气体吹入器械220对于周围组织的相对位置。这样的特征有助于防止组织的无意损伤，例如穿刺到内部身体组织。同样有利的是，传感器组件240与手术系统200集成或实际上被设置在该系统中，因此不需要改变手术系统200的总体尺寸或结构来容纳传感器组件240的部件。

继续参照图8-图10，传感器组件240包括保护罩247、照明光源248和图像传感器249。保护罩247可以是配置为将光学图像投影到图像传感器249的透镜，或者可以是配置为保护传感器249不被碎片、流体等污染的透明粘合剂、环氧树脂或其他合适的覆盖物。在提供透镜的实施例中，所述透镜被配置为聚焦、放大或以其他方式调整投影到图像传感器249上的光学图像。

照明光源248可以包括通过套管224延伸并在其远侧末端225处终止的光纤束以用来照亮视野。可选择地，一个或多个LED 248可位于套管224的远侧端225用于照亮视野，或者为了照明的目的可以是外部照明光源(未示出)。

图像传感器249被配置为接收视野(即从套管224的远侧末端225在其总体方向上向远侧延伸的区域)的光学图像并且转换所述光学图像为电子信号。图像传感器249可以是CCD图像传感器、CMOS图像传感器或本领域已知的任何其他合适的图像传感器。此外，图像传感器249可以是数字或模拟的图像传感器，并且因此可以被配置为产生数字或模拟信号。

如图9-图10所示，图像传感器249与从图像传感器组件240通过套管224向近侧延伸到气体吹入外壳222的绝缘电线或者电线束242电相连。电线束242被配置为将由图像传感器249产生的电信号传输到控制电路单元244，例如经由电触点(未示出)。电线束242也可以被配置为：从设置在气体吹入外壳222的控制电路单元224中的电池(未示出)，或者可选择地，从外部电源(未示出)经由有线或者无线电力传输，将电力传输到图像传感器249。

控制电路单元244包括处理部件和无线传输机246。更具体而言，由图像传感器249产生的信号被传送到控制电路单元244的处理部件，所述处理部件用于处理信号，例如将信号从模拟转换为数字，或从数字转换为模拟，或调制所述信号。例如，在一个实施例中，图像传感器249传送模拟信号到处理部件，处理部件接下来将信号与诸如2.4GHz的载波频率合成，并且传送调制后的信号到无线传输机246。当信号为数字信号时，处理部件可以被配置为在调制信号并传输信号到无线传输机246之前先将信号转换为模拟信号。例如，在另一个实施例中，图像传感器249传送数字信号到处理部件，处理部件将所述信号数字化调制，并且传送该信号到无线传输机246。假如来自图像传感器249的信号为模拟信号，那么处理部件可以被配置为在传送所述信号到无线传输机246之前将所述信号数字化。

无线传输机246被配置为将处理后的信号无线地传输或广播到无线接收机250。如上所述，在一些实施例中，信号为模拟信号，或者被转换为模拟信号，并且通过控制电路单元244的处理部件用诸如2.4GHz的载波频率进行调制。因此，无线传输机246可以被配置为将调制后的模拟信号广播到无线接收机250。在其他实施例中，当信号为数字信号，或被数字化，并且由处理部件调制时，无线传输机246可以根据诸如蓝牙、Wi-Fi或Zigbee的标准协议而被配置。可选择地，可以使用无线传输机的任何其他合适的配置、标准或所有权。此外，无线传输机246可以包括从其延伸的天线(未示出)以帮助将信号传输到无线接收机250。所述天线(未示出)可以被配置为从进入外壳112略微突出的低剖面天线，或可以设置在进入外壳112的内部。

继续参照图8-图10，无线传输机246被配置为无线地传输信号到无线接收机250。可以想到的是，无线接收机250还包括天线252以方便从无线传输机246接收信号。还可以想到的是，无线传输机246和无线接收机250具有适于在手术室或其他手术环境内使用的工作范围。换句话说，可以想到的是，无线传输机246在整个手术操作过程中能够与远程无线接收机250进行通信，正如在操作过程中对手术系统200的操作。

无线接收机250可以为标准无线接收机，例如蓝牙、Wi-Fi、Zigbee或其他与无线传输机246匹配的现成的产品，或可选择地，可以具体地根据无线传输机246的规格来配置。在两种实施例中，无线接收机250被配置为去耦或解调制信号，并且传送信号到视频监视器260。无线接收机250可以包括标准电连接件254从而可以与无线接收机250相连，诸如通过线缆256，与任何标准视频监视器260的对应电连接件262相连。视频监视器260显示作为视频图像的信号。

在从所述传输机有线传输图像到所述接收机的实施例中，例如，在气腹针100的传感器组件120的实施例中(图1-4)，除了信号会沿着与传输机128的第一端和接收机的第二端相连的线缆或电线130传输之外，传感器组件120、控制电路126和传输机128的功能实际上与上述的手术系统200的传感器组件240的无线传输机/接收机的功能类似。

根据上文并参照各附图，本领域技术人员会理解的是，在不偏离本公开的范围的前提下，可以对本公开进行某些变化。尽管已经在附图中示出了本公开的几个实施例，但其目的并不是为了将本公开限制在这几个实施例，而本公开的范围为本领域所允许的以及说明书中同样涉及的范围。因此不应将上述说明解释为限制，而其仅仅是对特定实施例的示例。本领域技术人员会想到在随附的权利要求书的范围和实质内的其他变化。

Claims (12)

1.一种气体吹入装置，其包括：

外壳，其限定了用于接收吹入气体的端口；

伸长套管，其从所述外壳延伸并限定了纵向轴，所述伸长套管具有近侧端和远侧端，所述远侧端限定了锋利的末端；

管芯，其设置在所述伸长套管中，所述管芯在所述管芯的远侧端延伸超过所述伸长套管的锋利的末端的延伸位置和暴露所述锋利的末端以穿透通过身体组织的回缩位置之间移动；

所述伸长套管和所述管芯两者中的至少一个限定了与所述端口呈流体连通的通路以将所述吹入气体引入体腔；以及

图像传感器，其位于所述伸长套管上，将所述图像传感器装配成接收所述伸长套管的远侧端的临近区域的光学图像，并将所述图像传感器配置为传输用于临床医生观察的所述光学图像。

2.如权利要求1所述的气体吹入装置，其中将所述图像传感器配置为接收从所述伸长套管沿其纵向轴向远侧延伸的区域的光学图像。

3.如权利要求1所述的气体吹入装置，其中所述管芯限定了与所述端口呈流体连通的管腔以将所述吹入气体引入体腔。

4.如权利要求1所述的气体吹入装置，进一步包括用于将所述管芯偏置在所述延伸位置的偏置构件。

5.如权利要求1所述的气体吹入装置，其中将所述光学图像通过无线通信装置传输到外部视频显示器。

6.如权利要求1所述的气体吹入装置，其中所述图像传感器包括CCD图像传感器和CMOS图像传感器两者中的一种。

7.如权利要求1所述的气体吹入装置，进一步包括照明光源，其用于照亮临近并沿着所述伸长套管的纵向轴向远侧延伸的区域。

8.如权利要求7所述的气体吹入装置，其中所述照明光源为光纤束和LED两者中的一种。

9.如权利要求1所述的气体吹入装置，其中所述图像传感器被配置为将所述光学图像的模拟信号和数字信号中的一种传输到控制电路单元。

10.如权利要求9所述的气体吹入装置，其中所述控制电路单元将模拟信号和数字信号两者中的一种传输到所述外部视频显示器。

11.如权利要求1所述的气体吹入装置，进一步包括设置在所述图像传感器上的保护罩。

12.如权利要求11所述的气体吹入装置，其中所述保护罩为透镜。

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