CN104918541A - 关节镜仪器组件及在关节镜手术中定位肌骨骼结构的方法 - Google Patents

Abstract

一种关节镜仪器组件(100)，包括：用于照亮所述手术视野的照明系统(120)，该照明系统(120)包括光源(122a)，该光源(122a)被配置为产生具有至少一种韧带激发波长的光；关节镜(110)；图像传输系统(130)，该图像传输系统(130)被配置为将在所述关节镜(110)的远端(112b)处的所述手术视野的荧光图像传输至图像观察系统(150)；图像处理系统(140)，该图像处理系统(140)被配置为在荧光图像经过所述图像传输系统时处理所述荧光图像以提供所述手术视野的假色荧光图像，在所述手术视野的假色荧光图像中，所述手术视野中存在的韧带和骨结构之间的反差相对于未经处理的荧光图像是被增强的；和，图像观察系统(150)，该图像观察系统(150)可操作地与所述图像传输系统(130)连接，并且包括被配置为能够观察所述手术视野的假色荧光图像的显示器(152)。

Description

关节镜仪器组件及在关节镜手术中定位肌骨骼结构的方法

技术领域

本发明涉及一种关节镜仪器组件，和一种在关节镜手术过程中定位关节中的肌骨骼组织结构的方法。

背景技术

前交叉韧带(ACL)是膝关节最常受伤的韧带。在受伤涉及ACL完全破裂的情况中，可能需要关节镜手术来重构ACL。

在手术重构的过程中，被撕裂的ACL可以被替换成插入膝关节中的植入物，诸如肌腱移植物。为了在没有痛苦、不稳定和/或退行性病变显现的情况下完全恢复之前的膝关节的功能，最重要的是植入物(特别在ACL的各天然附接位点内)被适当地固定至胫骨(小腿骨)和股骨(大腿骨)。但是，尽管在不同的研究中，已经相对于胫骨和股骨的关节镜可见标志几何描述并且绘制了ACL的解剖学位置，但是植入物的准确附接仍然很难。这可能至少部分是由于关节镜提供的受限的二维视图，该受限的二维视图似乎使得前述描述和标志不足以在关节镜手术的过程中正确地放置植入物。

发明内容

本发明的目标是提供一种关节镜仪器组件，该关节镜仪器组件帮助在关节镜手术的过程中定位膝关节内的ACL天然附接位点。

本发明的另一目标是提供一种在关节镜手术的过程中定位关节(诸如膝关节)内的韧带结构(诸如ACL天然附接位点)的方法。

为此，本发明的第一方面涉及一种用于观察关节内侧的手术视野的关节镜仪器组件。该组件可以包括用于照亮所述手术视野的照明系统，该照明系统包括光源，该光源被配置为产生具有至少一种韧带激发波长的光。该组件还可以包括：关节镜，该关节镜限定了在近端操作者端和远端手术视野端之间延伸的刚性管状壳体；和图像传输系统，该图像传输系统至少部分地被所述管状壳体容纳，并且被配置为将在所述管状壳体的远端处的所述手术视野的荧光图像传输至图像观察系统。所述组件可以进一步包括图像处理系统，该图像处理系统被并入到所述图像传输系统中，并且被配置为在所述手术视野的荧光图像经过所述图像传输系统时处理所述手术视野的荧光图像以提供所述手术视野的假色荧光图像，在所述手术视野的假色荧光图像中，所述手术视野中存在的韧带和骨结构之间的反差相对于未经处理的荧光图像是被增强的，这样在有限的情况中，可能韧带和骨结构中仅有一种，优选韧带结构仍然是可见的。图像观察系统可操作地与所述图像传输系统连接，并且包括被配置为能够观察所述手术视野的假色荧光图像的显示器。

本发明的第二方面涉及一种区分至少韧带和骨组织，并且由此用于帮助定位关节内手术视野内的韧带结构的方法。所述方法可包括：使用具有至少一种韧带激发波长的光照亮所述手术视野，并且获取所述手术视野的荧光图像并且将所述手术视野的荧光图像传输至图像观察系统。所述方法还可以包括：在获取的所述手术视野的荧光图像被传输至所述图像观察系统时处理获取的所述手术视野的荧光图像，从而生成所述手术视野的假色荧光图像，其中，所述手术视野中存在的韧带和骨结构之间的反差相对于未经处理的荧光图像是被增强的，这样在有限的情况中，使得韧带和骨结构中仅有一种(优选韧带结构)仍然是可见的成为可能。所述方法可以进一步包括：在图像观察系统上观察所述假色荧光图像，并且定位在假色荧光图像中的手术视野内存在的韧带结构。

从下面参考附图，对本发明的一些实施方式所进行的详细描述(用于例示本发明，而并不限制本发明)中，将更加充分地理解本发明的这些和其它特征及优点。

附图说明

图1示意性图示人类膝关节的解剖图；

图2是示意性图示激发波长为280nm时，牛膝关节中的ACL组织和骨组织的发射光谱的曲线图；以及

图3示意性图示根据本发明的关节镜仪器组件的示例的实施方式；

图4是示出了作为激发波长的函数，骨的发射光谱除以ACL的发射光谱的标准化差异的曲线图。

具体实施方式

图1示意性例示了处于大约90°弯曲状态的人类膝关节10。膝关节10由四根主要的骨构成：股骨(大腿骨)12、胫骨(小腿骨)14、腓骨(外小腿骨)16和髌骨(膝盖骨)18。腓骨16是位于胫骨14外侧的相对细的骨，并且直接向下直至踝关节。其它三根骨限定了两个关节连接，一个在股骨12和胫骨14之间，而另一个在股骨12和髌骨18之间。为此，股骨12的下端限定了两个髁(即圆形突出物)，内侧(内部)股骨髁30和外侧(外部)股骨髁32，这两个髁与胫骨平台(即胫骨14的大体平坦的上部)关节连接。在前端，股骨髁30和32略有突出，并且通过被称为髌面34的光滑、浅的关节窝彼此分离，髌面34与髌骨18关节连接。在后端，踝30和32显著突出，并且它们之间的间隔形成被称为髁间窝36的深的凹口。

除了骨12、14、16和18之外，膝关节10的解剖结构还包括半月板28和许多韧带，包括内侧副韧带(MCL)20、外侧副韧带(LCL)22、前交叉韧带(ACL)24和后交叉韧带(PCL)26。半月板28起到膝关节10的减震器的作用，该半月板28限定了分别位于胫骨平台38的内侧和外侧边缘上的两个月牙形的半月板。韧带20、22、24和26为膝关节10提供了很大的稳定性，其中，每一个韧带都用于在各种不同的膝关节位置中的一种或多种位置提供稳定性。交叉韧带24、26在膝关节10的中间彼此交叉。PCL26从胫骨14的后面延伸至股骨12的前面，而ACL24从胫骨14的前面延伸至股骨12的后面。更具体地，ACL24在踝间窝36内、在外侧股骨髁32的后内侧表面处附接至股骨12。在胫骨14上，ACL24附接至前胫骨棘(一个在胫骨平台38中间的骨嵴)的前外侧。

ACL24是膝关节10最常受损的韧带。可能例如通过扭动膝关节10而使ACL受到损伤(诸如被过度拉伸或破坏的ACL)，并且导致它严重不稳定。然而，ACL24中的小的撕裂可以随着时间痊愈，ACL中的大的撕裂和被完全破坏的ACL则需要关节镜手术。

在对被完全破坏的ACL24进行手术重构的过程中，植入物(例如肌腱移植物)可以被插入到膝关节10中以替代ACL。为了在没有痛苦、不稳定和/或退行性病变显现的情况下恢复之前的功能，最重要的是植入物(特别在ACL24的各天然附接位点内)被适当地固定至胫骨14和股骨12。但是，尽管已经相对于关节镜的可见标志几何描述并且绘制了ACL24的解剖学位置，植入物的准确附接仍然很难。这可能至少部分是由于关节镜提供的受限的二维视图，该受限的二维视图可能使得前述研究提供的标志和描述不足以在关节镜手术的过程中正确地放置ACL。

本发明公开了一种关节镜仪器组件，该关节镜仪器组件极大地促进了在手术操作过程中ACL24的天然附接位点的定位，具体是通过为它的手术者提供膝关节内的手术视野中天然附接位点可见性增强的假色荧光图像。假色图像的合成可基于一方面ACL24、具体为用于附接至胫骨14和股骨12的ACL的末端部分和另一方面骨组织之间的荧光性质的差异。为此，本发明设想了两种主要的成像方法，每一种成像方法都可以在关节镜仪器组件中独立地实施。下面，依次简单地讨论这些成像方法。

第一种成像方法利用如下的实验发现：激发波长在260nm～300nm范围内时，ACL组织和骨组织的发射光谱显现出显著的差异。通过例示的方式，图2示意性示出了激发波长为280nm时，牛膝关节中的ACL组织和骨组织的发射光谱。反映ACL组织的发射光谱的强度曲线被标记为“韧带”，而反映骨组织的发射光谱的强度曲线被标记为“骨骼”。还示出了反映“韧带”和“骨骼”两个强度曲线之间的差异的曲线，并且被标记为“差异”。从图2的曲线能够看出，在发射波长范围325nm～345nm内可发现差异曲线的局部最小值，而在发射波长范围370nm～450nm内可发现差异曲线的局部最大值。尽管可在约390nm的发射波长附近发现实际最大差异，但是特别感兴趣的是400nm～450nm的发射波长范围，因为骨组织的发射强度在这一范围内随着发射波长的增加而快速下降。相应地，通过使用激发波长在260nm～300nm范围内，优选在270nm～280nm范围内的光照亮膝关节内撕裂的ACL天然附接位点的大概位置，并且被照亮的位置通过发射波长在400nm～450nm范围内的荧光成像，可以基本仅使ACL天然附接位点是可见的。在期望的情况下，可以应用强度阈值，以过滤或阻挡来自骨组织的荧光发射贡献(fluorescent emission contribution)。

第二种成像方法利用如下的实验发现：构成膝关节的韧带和骨组织对于各种激发波长来说都具有彼此不同的发射光谱。尽管各种发射光谱自身可能不能像第一种成像方法那样，在特定的发射光谱处对ACL天然附接位点进行专一地成像，但是可以利用各光谱中的差异利用光谱解混程序来区分组织类型。

光谱解混程序(其自身可能是本领域已知的)可依赖于在不同的发射波长采集的至少两个荧光图像，在该不同的发射波长时，韧带组织的强度和骨组织的强度之间的强度比是不同。在一个实施方式中，可以通过将每一种组织类型的相对强度储存在矩阵中，并且用逆矩阵乘以获取的荧光图像以获得各组织类型的单独的贡献，来进行光谱解混。这可以进行如下理解。

如果I_α是在发射波长为α时采集的荧光图像、并且Ι_β是在发射波长为β时采集的荧光图像，图像I_α、Ι_β都可以被描述为单个颜色分量贡献矩阵矩阵C_ACL(涉及单独的韧带组织)和单个颜色分量贡献矩阵C_骨(涉及单独的骨组织)的叠加，各次分别的强度因子为a-d：

I_α＝a·C_ACL+b·C_骨

I_β＝c·C_ACL+d·C_骨   Eq.(l)

Eq.(l)可以以矩阵符号重算为：

I＝AC   Eq.(2)

其中

$I=\left(\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{\α}}\\ I_{\mathrm{\β}}\end{array}\right),A=\left[\begin{array}{cc}a& b\\ c& d\end{array}\right],$ 和

Eq.(2)可进行改写以表达单个颜色分量贡献矩阵C可通过强度因子矩阵A的逆矩阵A^-1乘以复合荧光图像矩阵I来获得：

C＝A^-1I   Eq.(4)

对于2x2矩阵A，逆矩阵A^-1是简单的，并且可以被写为：

$A^{-1}=\frac{1}{(ad-bc)}\left[\begin{array}{cc}d& -b\\ -c& a\end{array}\right]---Eq.\left(5\right)$

通过组合Eq.(3)、Eq.(4)和Eq.(5)，可以获得韧带组织C_ACL和骨组织C_骨的单个颜色分量贡献矩阵的以下表达式：

$C_{ACL}=\frac{1}{\left(\right(ad-bc\left)\right(d\·I_{\mathrm{\α}}-b\·I_{\mathrm{\β}}\left)\right)}---Eq.\left(6\right)$

Eq.(6)和Eq.(7)的条件为ad≠bc或a/b≠c/d，意味着韧带组织和骨组织之间的强度比对于发射图像Iα和Ιβ来说是不同。

最佳的光谱解混可以在满足以下两种情况时实现：(i)至少两个荧光图像I_α、Ι_β中的每一个荧光图像中的组织类型(例如|a-b|和|c-d|)之间的强度差异要大，优选使得组织类型的强度在两个荧光图像中通常是相反的，即在一个图像中韧带组织的强度大于骨组织的强度，而在另一图像中韧带组织的强度小于骨组织的强度；并且(ii)至少两个荧光图像(例如|(a/b)-(c/d)|)之间的组织类型强度比的差异要大。

尽管在大多数(如果不是全部的话)的近紫外和中紫外范围(即200nm～400nm)内的激发波长下都可以获得组织类型强度和组织类型强度比的差异都足够大的荧光图像，但是已经识别出光谱解混的最佳条件仅为两个激发波长的子范围：300nm～350nm和380nm～395nm。更优选地，所述激发波长小于395nm、394nm、393nm、392nm、391nm，因为小于这一波长可以实现更好的ACL的识别。这例示在图4中。对于300nm～350nm的激发波长的子范围，已经发现了390±20nm和460±20nm处的对应的适当的发射波长。对于380nm～395nm，更优选380nm～394nm的激发波长的子范围，已经在500±20nm(主要示出了韧带组织)和600±20nm(主要示出了骨组织)的发射波长发现了组织类型强度和组织类型强度比上相应的巨大差异。与300nm～350nm的发射波长的子范围相比，使用380nm～395nm的发射波长的子范围是优选的，因为这一子范围可以更容易且更经济地实施，特别是因为从人类视角来说这一范围更安全并且所需光学不那么复杂。应注意，还已经证明了：利用基于使用标准RGB-照相机捕获的荧光图像的红、绿和蓝分量的光谱解混程序，可以令人满意地增强韧带组织的可见性。

下表总结了两种主要的成像方法的特征：

表1-主要的成像方法的总结

由于已经阐明了ACL天然附接位点的成像和定位的基础方法学，请将注意力关注于根据本发明的关节镜仪器组件的结构。图3示意性图示了这样的组件100的示例性实施方式。

关节镜仪器组件100可以包括关节镜110。关节镜110可以限定在近端操作者端112a和远端手术视野端112b之间延伸的刚性管状壳体或套管112。如图中所示，远端手术视野端112可以倾斜，即以一角度被切割。刚性管状壳体112可以典型地具有等于或小于18cm的长度L，等于或小于5mm的外径D，并且容纳部分照明系统120、图像传输系统130和/或图像处理系统140，如下面将进行阐明的。

在一些实施方式中，关节镜仪器组件100可以包括有弹性的管状导引器鞘(未示出)，关节镜110在手术操作的过程中可以插入该有弹性的管状导引器鞘内，以保护患者不受伤害。导引器鞘可以具有略大于关节镜110的刚性管状壳体112的长度的长度，和比关节镜110的刚性管状壳体112的外径大至多约2mm的外径。在使用的过程中，可以通过冲洗管道将冲洗液供给至手术视野和/或从手术视野排出，以冲洗手术视野并且维持清晰的视界，该冲洗管道至少部分地被导引器鞘和/或关节镜的壳体112限定。

关节镜仪器组件100可以进一步包括用于照亮手术视野的照明系统120。在优选的实施方式中，照明系统120可以以至少两种同时或交替可选择的照明模式来照亮手术视野。在第一种照明模式中，照明系统可以使用能够荧光激发构成膝关节的组织的光来照亮手术视野，以便允许生成所述组织的典型的假色荧光图像，其中特别是韧带组织的可见性在该假色荧光图像中可被增强的。在第二种照明模式中，照明系统120可用大体上为白光的光来照亮手术视野，允许捕获或生成手术视野的典型的真色图像，从而能够对存在于其中的组织进行简单的肉眼观察。

在实施能够进行第一种照明模式的照明系统120时，照明系统120可以包括第一光源122a，该第一光源122a被配置为产生波长在韧带激发波长范围内的光，从而能够荧光激发在人体或动物体内的韧带组织。通常可以在200nm～520nm的波长范围内发现具有该能力的光。但是，在优选的实施方式中，韧带组织的激发可以使用近紫外和中紫外波长范围(即200nm～400nm范围)内的不可见光来实现，以防止发生在激发光谱和可见发射光谱的可用部分之间的重叠。更具体地，在基于上面讨论的第一种成像方法的关节镜仪器组件100的实施方式中，第一光源122a可以被配置为产生波长在260nm～300nm范围内，并且优选在270nm～280nm范围内的光；而基于第二种成像方法的实施方式可以包括第一光源122a，该第一光源122a被配置为产生波长在300nm～400nm范围内，并且优选在380nm～395nm范围内，更优选394nm或更低波长的光。

第一光源122a原则上可以具有任何适当的结构。在一个实施方式中，例如第一光源122a可以包括(大功率)LED。在另一个实施方式中，第一光源122a可以包括气体放电灯。LED和气体放电灯任选地都可以与适当的光学带通滤波器组合使用。因此，被配置为实施第二种成像方法的实施方式例如可以包括具有395nm(10nm-带宽)滤波器的氙灯。

在实施能够进行第二种照明模式的照明系统时，照明系统可以包括第二光源122b，该第二光源122b被配置为产生大体上为白光的光，即光谱基本覆盖波长范围400nm～700nm的光或至少包括蓝、绿和红色的光。和第一光源122a一样，第二光源122b原则上可以具有任何适当的结构，例如包括一个或多个LED。

在关节镜仪器组件100的一个实施方式中，照明系统120可以被容纳在分离且独立的光探针中，该光探针在结构上不与关节镜110连接。但是，在优选的实施方式中，照明系统120可至少部分地整合在关节镜110中。在一个这样的优选实施方式中，诸如在图3例示的实施方式中，第一光源122a和/或第二光源122b本身可布置在关节镜110的外部，而导光管126(例如石英光纤导光管)可与所述第一光源122a和/或第二光源122b连接，并且由此穿过关节镜110的管状壳体112延伸至其远端112b中。第一光源122a和第二光源122b可以与它们自身专用的导光管相关联，或分享同一个导光管126，导光管126可通过操作者可控制的光开关124与光源122a、122b连接，该操作者可控制的光开关124使得操作者能够选择性地将来自第一光源122a和第二光源122b的光耦合进入导光管126中。在另一个这样的优选实施方式中，第一光源122a和/或第二光源122b自身可以被整体或部分地容纳在关节镜110中。这在第一光源122a和/或第二光源122b以一个或多个相对小的LED的形式实施的情况中是特别实用的，该一个或多个相对小的LED可以被并入到关节镜110的远端或顶端112b中。

关节镜仪器组件100可以进一步包括图像传输系统130，该图像传输系统130被配置为将在管状壳体112的远端112b处的手术视野的荧光图像传输至图像观察系统150。图像传输系统130可以典型地包括具有至少一个记录或捕获电子形式的光学图像的图像传感器133、133’的数码照相机132。照相机/至少一个图像传感器133、133’可以被容纳在关节镜110的管状壳体112的远端112b中，或被布置在关节镜110的外部。在前一种情况中，如图3中例示的，图像传输系统130的电子照相机信号电缆134或适当的替代连接(例如无线连接)可以可操作地使照相机132与图像观察系统150连接；在后一种情况中，照相机132可以额外地包括在照相机/至少一个图像传感器133、133’和关节内窥镜110的管状壳体112的远端112b之间延伸的光导(未示出)，以将来自所述远端112b的图像传输至所述至少一个图像传感器。

图像传输系统130可以合并一图像处理系统140，该图像处理系统140被配置为在手术视野的荧光图像经过图像传输系统130时处理该手术视野的荧光图像，以提供所述手术视野的假色荧光图像，在该手术视野的假色荧光图像中，该手术视野中存在的韧带和骨结构之间的反差相对于未经处理的荧光图像是被增强的。

在一个实施方式中，图像处理系统140可以包括至少一个光学带通滤波器142。光学带通滤波器142可以是任何适当的类型，并且基于任何适当的物理学原理。光学带通滤波器142可以例如包括基于在一些材料(诸如玻璃掺杂剂、染料、颜料或半导体)中发生的波长依赖性吸收的吸收玻璃滤波器(absorbingglass filter)、染色滤波器或彩色滤波器。此外，又或者，光学带通滤波器可以包括可调谐光学带通滤波器，诸如液晶可调谐滤波器(LCTF)，其中液晶可以经电子控制以选择要被传输的光的波长。光学带通滤波器142可以被并入到图像传输系统130的照相机132中，并且被放置在其图像传感器的上游或前方，从而被布置在图像传输系统的光路中。在实施第一种成像方法的实施方式中，照相机132可以典型地包括一个图像传感器和与其相关联的一个光学带通滤波器142。在实施第二种成像方法的实施方式中，照相机132可以包括一个或两个图像传感器：例如在光谱解混要在照相机信号的红、蓝和绿分量上进行的情况中，包括一个(RGB-)图像传感器；并且，在光谱解混要在同时获取、但处于不同的发射波长的两个荧光图像上进行的情况中，为两个(或更多个)图像传感器。在前一种情况中，单一的图像传感器不需要与单独的光学带通滤波器142相关联，因为传感器自身可以用作三个滤波器；但是，使用低截止波长在大约430±10nm范围内的长通型光学带通滤波器是希望的，以通过第一光源122a使图像传感器的蓝光通道的过度曝光最小化。在后一种情况中，每一个照相机132的图像传感器都可以与各自的光学带通滤波器142相关联。

在前面讨论的成像方法的基础上，应清楚的是，在实施第一种成像方法的实施方式中的图像处理系统140可以包括用于400nm～450nm范围内的波长的光学带通滤波器，例如410nm(10nm-带宽)的光学带通滤波器；而在利用两个图像传感器实施第二种成像方法的实施方式中的图像处理系统可以包括两个光学带通滤波器，例如：在激发波长在380nm～395nm范围内的情况中使用500nm(20nm带宽)和600nm(20nm带宽)的光学带通滤波器，或者可替代地，在激发波长在300nm～350nm范围内的情况中使用390nm(20nm带宽)和460nm(20nm带宽)的光学带通滤波器。

在优选的实施方式中，特别在被配置为提供第一和第二照明模式的实施方式中，至少一个光学带通滤波器142在图像传输系统130的光路中可以不是持久处于工作状态的。相反，图像处理系统140可以包括有效激活和去激活至少一个光学带通滤波器142的光学带通滤波器激活/去激活装置(未示出)，这样，当滤波器处于断开状态时，白光可以不经过滤地进入和/或通过图像传输系统130。

在基于第二种成像方法的实施方式中，图像处理系统140可以进一步包括处理器，该处理器被配置为进行手术视野的各荧光图像的光谱解混。该处理器可以典型地被布置在数码照相机132的图像传感器的下游，从而作用于由图像传感器输出的电子信号。

如上所述，关节镜仪器组件100还可以包括图像观察系统150，该图像观察系统150可操作地与图像传输系统130连接，并且被配置为能够观察手术视野的假色荧光图像。在结构上，图像观察系统150可以包括显示器或监视器152。显示器152优选可以是高清彩色显示器，但是例如也可以使用黑白显示器。

上面参考膝关节，并且特别为了对ACL进行重构手术，已经描述了本发明公开的关节镜仪器组件和方法的结构和操作。但是，应理解的是，尽管关节镜仪器组件和方法特别适用于这种应用，但是它们并不局限于此。定位手术视野内的韧带组织的关节镜仪器组件和方法可以用于人类或动物除了膝关节之外的其它关节。

对于在本文中使用的术语，指出如下术语。术语“假色荧光图像”可被解释为指以与那些全彩色荧光图像不同的颜色描绘它的对象(特别是手术视野的一部分)的荧光图像，该全彩色荧光图像不加选择地含有整个可见光谱的发射波长/颜色。相应地，通过处理(例如从中过滤掉某些波长和/或颜色以进行灰度转换)所产生的荧光图像被理解为“假色荧光图像”。

尽管参照附图，上文已经描述了本发明的部分例示性实施方式，但是应理解本发明并不局限于这些实施方式。通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践本发明时可以理解并且实现对所公开的实施方式的改变。本说明书全文对“一个(种)实施方式”或“实施方式”的引用指与该实施方式相联系所描述的特定特性、结构或特征被包括在本发明的一个实施方式中。因此，在本说明书中几个地方出现的表述“在一个(种)实施方式中”或“在实施方式中”并不一定都指同一个实施方式。进一步地，应指出，一个或多个实施方式的特定特性、结构或特征可以以任何适当的方式进行组合，以形成新的、没有明确描述的实施方式。

元件列表

10         人类的膝关节

12         股骨(大腿骨)

14         胫骨(小腿骨)

16         腓骨(外小腿骨)

18         髌骨(膝盖骨)

20         内侧副韧带(MCL)

22         外侧副韧带(LCL)

24         前交叉韧带(ACL)

26         后交叉韧带(PCL)

28         半月板

30         内侧股骨髁

32         外侧股骨髁

34         髌面

36         髁间窝

38         胫骨平台

100        关节镜仪器组件

110        关节镜

112        刚性管状壳体

112a、b    管状壳体的近端操作者端(a)和远端手术视野端(b)

120        照明系统

122a、b    第一光源(a)和第二光源(b)

124        光开关

126        导光管

130        图像传输系统

132        数码照相机

133、133’  图像传感器

134         电子信号电缆

140         图像处理系统

142、142’  光学带通滤波器

150         图像观察系统

152         显示器

L           关节镜的刚性管状壳体的长度

D           关节镜的刚性管状壳体的外径

Claims (17)

1.一种用于观察关节(10)内手术视野的关节镜仪器组件(100)，包括：

用于照亮所述手术视野的照明系统(120)，该照明系统(120)包括光源(122a)，该光源(122a)被配置为产生具有至少一种韧带激发波长的光；

关节镜(110)，该关节镜(110)限定了在近端操作者端(112a)和远端手术视野端(112b)之间延伸的刚性管状壳体(112)；

图像传输系统(130)，该图像传输系统(130)至少部分地被所述管状壳体(112)容纳，并且被配置为将在所述管状壳体(112)的远端(112b)处的所述手术视野的荧光图像传输至图像观察系统(150)；

图像处理系统(140)，该图像处理系统(140)被并入到所述图像传输系统(130)中，并且被配置为在所述手术视野的荧光图像经过所述图像传输系统时处理所述手术视野的荧光图像以提供所述手术视野的假色荧光图像，在所述手术视野的假色荧光图像中，所述手术视野中存在的韧带和骨结构之间的反差相对于未经处理的荧光图像是被增强的；和

图像观察系统(150)，该图像观察系统(150)可操作地与所述图像传输系统(130)连接，并且包括被配置为能够观察所述手术视野的假色荧光图像的显示器(152)，

其中，所述至少一种韧带激发波长包括395nm或更低的波长，更优选394nm或更低的波长。

2.根据权利要求1所述的关节镜仪器组件，其中，所述关节镜(110)的管状壳体(112)至少部分地容纳所述照明系统(120)，以便所述光源(122a)产生的光从所述管状壳体(112)的远端(112b)发出。

3.根据权利要求1或2所述的关节镜仪器组件，其中，所述至少一种韧带激发波长包括在260nm～300nm范围内的波长。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的关节镜仪器组件，其中，所述至少一种韧带激发波长包括在380nm～395nm范围内的波长，更优选在380nm～394nm范围内的波长。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的关节镜仪器组件，其中，所述图像传输系统(130)包括安装在所述关节镜(110)的远端手术视野端(112b)处的照相机(132)，所述照相机具有与所述图像观察系统(150)可操作地连接的至少一个图像传感器(133)。

6.根据权利要求5所述的关节镜仪器组件，其中，所述至少一个图像传感器(133)包括RGB图像传感器。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的关节镜仪器组件，其中，所述图像处理系统(140)包括至少一个光学带通滤波器(142)，所述至少一个光学带通滤波器(142)与所述至少一个图像传感器(133)相关联，并且沿所述手术视野至所述图像传感器的光路看，被布置在所述图像传感器的上游；所述光学带通滤波器被配置为过滤来自荧光图像的至少一种发射波长，在该发射波长下，在所述手术视野中存在的韧带和骨结构在来自所述照明系统(120)的光源(122a)的光的照明下具有不同的发射强度。

8.根据权利要求7所述的关节镜仪器组件，其中，所述至少一种发射波长包括在400nm～450nm范围内的波长。

9.根据权利要求7所述的关节镜仪器组件，其中，所述照相机(132)具有两个图像传感器(133)，每一个图像传感器(133)都与各自的光学带通滤波器(142)相关联。

10.根据权利要求9所述的关节镜仪器组件，其中，与所述两个图像传感器(133)中的第一图像传感器相关联的光学带通滤波器(142)被配置为过滤在500±20nm范围内的至少一种发射波长，并且

其中，与所述两个图像传感器(133)中的第二图像传感器相关联的光学带通滤波器(142)被配置为过滤在600±20nm范围内的至少一种发射波长。

11.根据权利要求6或10所述的关节镜仪器组件，其中，所述图像处理系统(140)被配置为光谱解混从至少一个图像传感器(133)接收的数据，以便提供为假色荧光图像。

12.一种在关节(10)内的手术视野内定位韧带结构的方法，包括：

用具有至少一种韧带激发波长的光照亮所述手术视野；

获取所述手术视野的荧光图像并传输至图像观察系统(150)；

在所获取的手术视野的荧光图像被传输至所述图像观察系统(150)时处理所获取的手术视野的荧光图像，从而生成所述手术视野的假色荧光图像，在所述手术视野的假色荧光图像中，所述手术视野中存在的韧带和骨结构之间的反差相对于未经处理的荧光图像是被增强的；

在所述图像观察系统(150)上观察所述假色荧光图像，以及

定位存在于所述假色荧光图像中的手术视野内的韧带结构。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述至少一种韧带激发波长包括在范围260nm～300nm和380nm～395nm中的至少一个范围内的波长。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所获取的荧光图像的处理包括：

从所述荧光图像过滤在400nm～450nm范围内的至少一种发射波长，以产生所述假色荧光图像。

15.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所获取的荧光图像的处理包括以下步骤中的至少一个步骤：

从所述荧光图像过滤至少两种发射波长，所述至少两种发射波长中的第一发射波长在500±20nm范围内，并且所述至少两种发射波长中的第二发射波长在600±20nm范围内，以产生至少两种经过滤的荧光图像；和

从所述荧光图像过滤至少三种发射波长，所述至少三种发射波长中的第一发射波长在450nm～495nm范围内，所述至少三种发射波长中的第二发射波长在495nm～570nm范围内，并且所述至少三种发射波长中的第三发射波长在590nm～750nm范围内，以产生至少三种经过滤的荧光图像。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，所述处理进一步包括光谱解混所述至少两种经过滤的荧光图像或至少三种经过滤的荧光图像，以获得所述假色荧光图像。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，使用权利要求1至11中任一项所限定的关节镜仪器组件(100)进行。