CN105263398B - 手术成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于以单色或宽带光和成像光对组织照明的系统、方法和装置，所述单色或宽频光和成像光从组织反射回去。成像可为白光成像或高光谱成像。所述系统可为独立高光谱成像系统，被整合为外部视频观测器之部分或可为外部视频观测器上的辅助成像模块。首先呈现特别适合于微创手术的视频观测器的各种元件，然后解释适合于高光谱成像的视频观测器的配置。

Description

手术成像系统

相关申请的交叉参考

本申请是国家阶段的申请，要求2014年3月14日以英语提交的PCT专利申请、申请号为PCT/CA2014/050268、标题为“手术成像系统(SURGICAL IMAGING SYSTEMS)”的益处，该申请的全部内容以全文引用的方式并入到本文中。

本申请要求2013年3月15日提交的、标题为“高光谱成像装置(HYPERSPECTRALIMAGING DEVICE)”的美国临时申请、申请号为61/800,911的优先权，该临时申请以全文引用的方式并入到本文中。

本申请还要求2013年3月15日提交的、标题为“用于基于端口的手术程序的外部视频观测器(EXTERNAL VIDEO SCOPE FOR PORT-BASED SURGICAL PROCEDURES)”的美国临时申请、申请号为61/800,695的优先权，该临时申请以全文引用的方式并入到本文中。

本申请还要求2013年5月1日提交的、标题为“用于基于进入端口的医疗程序的成像总成(IMAGING ASSEMBLY FOR ACCESS PORT-BASED MEDICAL PROCEDURES)”的美国临时申请、申请号为61/818,223的优先权，该临时申请以全文引用的方式并入到本文中。

本申请还要求2013年3月15日提交的、标题为“用于微创手术程序的规划、成像和引导的系统、装置和方法(SYSTEMS,DEVICES AND METHODS FOR PLANNING,IMAGING,ANDGUIDANCE OF MINIMALLY INVASIVE SURGICAL PROCEDURES)”的美国临时申请、申请号为61/801,530的优先权，该临时申请以全文引用的方式并入到本文中。

本申请还要求2013年5月1日提交的、标题为“用于微创手术程序的规划、成像和引导的系统、装置和方法(SYSTEMS,DEVICES AND METHODS FOR PLANNING,IMAGING,ANDGUIDANCE OF MINIMALLY INVASIVE SURGICAL PROCEDURES)”的美国临时申请、申请号为61/818,280的优先权，该临时申请以全文引用的方式并入到本文中。

技术领域

本发明是关于在微创治疗中使用的成像方法以及使用光学成像且更特别是高光谱成像的图像引导式医疗程序。

背景技术

生物组织的光学吸收和散射特性取决于组织的化学与结构特性和相互作用的光的波长这二者。由于组织的这些吸收和散射特性如何随着光变化对于组织中的化学物质或结构(组织的光谱)而言常常是独特的，所以这能够特别有用。举例来说，可使用氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收特征来测量血液和组织的氧化，且可使用由差异细胞大小引起的散射变化来检测癌变前期及癌变组织。测量光学特性随着光的这些变化的领域被称为光谱学，且用以测量各种波长下的光的装置被称作光谱仪。已经发现光谱学在医学方面的大量当前和潜在应用。

传统光谱仪从单个样品点进行光谱的测量。然而，可以组合多个空间点的光谱形成3D空间数据集(有时被称作超立方体)，其中前两个尺寸是空间尺寸且第三个尺寸为波长。换句话说，每一图像像素具有整个光谱而非仅具有强度或RBG值。这被称为高光谱成像且由于可对空间分析的组织化学物质或微结构特性进行成像而成为强大的技术，从而提供对组织更全面的理解，且对于组织区分来说可为一项有用的技术。根据Dicker等人的论文[使用高分辨率高光谱成像来区分正常皮肤与黑素瘤(Differentiation of Normal Skinand Melanoma using High Resolution Hyperspectral Imaging)]，应用高光谱图像分析(或高光谱成像)在常规苏木精伊红染色样本(即，正常和异常皮肤、良性痣和黑素瘤)中寻找良性皮肤组织与恶性皮肤组织之间的光谱差异。结果显示，只要控制染色和切片厚度，就能客观地区分初始数据集中的所有皮肤情况。

发明内容

本发明提供用于以单色或宽带光和成像光对组织照明的系统、方法和装置，该单色或宽频光和成像光已从组织反射回去。成像可为白光成像或高光谱成像。所述系统可为独立高光谱成像系统，被整合为外部视频观测器之部分或外部视频观测器上的辅助成像模块。首先呈现特别适合于微创手术的视频观测器的各种元件，然后解释适合于高光谱成像的视频观测器的配置。

因此，在第一方面中，提供一种高光谱成像设备，该设备用于进行外科手术区域的高光谱成像，所述高光谱成像设备包括：

照明式外视镜(exoscope)，所述照明式外视镜包括：

纵向外壳；

设置于所述纵向外壳内的光学成像总成；

成像摄像机，所述成像摄像机与所述光学成像总成连接以用于检测由所述光学成像总成收集到的图像；以及

由所述纵向外壳支撑的一个或多个照明源，其中与每一照明源有关联的照明轴偏离所述光学成像总成的成像轴；

远端光源；

光谱滤波装置，所述光谱滤波装置与所述远端光源进行光学通信；以及

光导，所述光导具有与所述光谱滤波装置的输出进行光学通信的近端和一个或多个远端，其中每一远端与一个照明源进行光学通信。

在另一方面中，提供一种方法，该方法在提供白光视频供给的同时进行高光谱成像，所述方法包括：

提供如上所述的高光谱设备，其中，所述成像摄像机具有一个超过预先选择的视频帧率的帧率；

在获得高光谱图像数据的同时；

以等于所述预先选择的视频帧率的获取速率间歇地获取白光图像帧；以及

基于所述获取的白光图像帧来提供白光视频供给。

在另一方面中，提供一种外视镜，该外视镜用于在医疗程序期间，对进入端口内的外科手术区域进行成像，所述外视镜包括：

纵向外壳；

设置于所述纵向外壳内的光学成像总成，所述光学成像总成包括大于近似25厘米的工作距离；

成像变焦摄像机，所述成像变焦摄像机与所述光学成像总成连接以用于检测由所述光学成像总成收集到的图像；

其中所述光学成像总成和所述成像变焦摄像机经构造以使得与所述成像变焦摄像机收集到的图像有关联的最小视野近似等于所述进入端口的直径。

通过参考以下详细描述和附图可进一步理解本发明的功能和优点方面。

附图说明

现将参看附图仅以举例方式描述实施方案，在所述附图中：

图1示出支持基于进入端口(access port-based)的微创手术的实例导航系统。

图2为说明导航系统的系统组件的框图。

图3为说明在使用导航系统、基于端口的手术程序中所包含的处理步骤的流程图。

图4为使用视频观测器的实例实施方案基于端口的脑部手术。

图5A为具有摄像机连接器和照明光学器件的视频观测器的实例实施方案。

图5B为用以将来自外部光源的光传递到视频观测器的光纤束的实例实施方案。

图5C为视频观测器和照明总成的实例实施方案。

图6说明视频观测器的实例成像光学子系统。

图7说明用于宽视场布置的照明光学器件和滤光轮的布置。

图8A说明在具有两个照明源的端口和具有反射性表面的端口的远端处所获得的非均匀照明。

图8B说明在具有两个照明源的端口和具有粗糙表面的端口的远端处所获得的近似均匀照明。

图9为说明标准高光谱成像系统的实例实施方案。

图10为说明用以以多路复用方式获取高光谱数据和白光图像的方法的流程图。

图11为说明以特定波长带进行成像的实例实施方案。

图12示出计算机控制系统的实例非限制性实现方式。

具体实施方式

将参考下文所讨论的细节来描述本发明的各种实施方案和方面。以下描述和附图用以说明本发明，不应被解释为限制本发明。描述众多特定细节以提供对本发明的各种实施方案的透彻理解。然而，在某些例子中，未对熟知或传统细节进行描述以便提供对本发明的实施方案的简洁论述。

如本文中所使用，术语“包括(comprises)”和“包括(comprising)”应解释为包括性且开放式的，而非排他性的。具体来说，当用于说明书和权利要求中时，术语“包括(comprises)”和“包括(comprising)”及其变化意指包含指定特征、步骤或组件。这些术语不应解译为排除其它特征、步骤或组件的存在。

如本文中所使用，术语“示例性”意味“充当实例、例子或说明”，且不应被解释为比本文中所公开的其它配置的更优或有利。

如本文中所使用，术语“约”和“近似”意欲涵盖可存在于值范围的上限和下限的一些变化，例如特性、参数和尺寸的变化。在一个非限制性实例中，术语“约”和“近似”意指正负10％或更少。

基于端口的手术是微创外科手术技术，其中引入一个端口以使用手术工具进入所关心手术区。不同于例如腹腔镜技术的其它微创技术，端口直径大于工具直径。因此，所关心组织区通过端口可见。而且，可使用外部设置的光学系统(例如，显微镜和视频观测器)看见在皮肤表面之下几厘米深度处所关心区中、并且通过端口中的狭窄通道接触的暴露组织。

基于端口的手术程序期间的组织区分的当前方法采取使用外部放置的视频观测器的视觉验证。组织区分可能是有用的，因为外科医生没有一种在手术程序期间有效地确认组织类型的定量手段。传统上，高光谱成像还未被预料到用于在脑部手术过程中使用，因为这种方法具有对组织极有限穿透深度并且可能不会经颅有效地使用。

而且，基于端口的手术中的狭窄通道在血管意外被切断时常常堵塞。在这些事件中，可能需要外科医生停止其当前手术过程(例如，打开硬脑膜、稍微收缩脑沟以用于端口的跨脑沟导航或切除肿瘤组织)并且冲洗腔体以使得更好地观看腔体。而且，这样的出血也限制外科医生快速地识别出血位置，使得特定血管壁结块终止出血。

因此，在本发明的一些方面中，提供系统和方法以用于在基于端口的微创手术程序中利用光学成像。在一些实施方案中，描述高光谱装置和方法以用于在这些程序期间进行手术中组织区分和分析。

图1示出用以支持基于进入端口微创手术的实例导航系统。图1说明基于端口的微创手术程序的示意图。如图1中所示，外科医生101在手术室(OR，operating room)环境中对患者102进行基于端口的微创手术。包括设备柜、摄像机、显示器和跟踪仪器的导航系统200在外科医生的手术程序期间帮助外科医生101。还存在操作者103以操作、控制导航系统200并且提供导航系统200的帮助。

图2为说明实例导航系统的系统组件的框图。图2中的导航系统200包括用于显示视频图像的监视器211、设备柜201、机械臂202，所述机械臂支撑光学镜204。设备柜201被安装在框架(即，支架或手推车)上，并且可含有计算机、规划软件、导航软件、电源和用以管理自动臂和跟踪仪器的软件。实例实施方案将设备柜201设想为具有双显示器(211、205)的单柜配置。然而，也可存在其它配置(即，双柜、单个显示器等)。此外，设备柜201也可配置有通用电源(UPS，universal power supply)以除常规AC适配器电源外还提供紧急备用电力。

图2的实例实施方案还构想设备柜201具有记录模块220，该记录模块提供手术程序的实时记录、捕捉来自不同源的音频、视频、传感器和多方式(即，CT(computerizedaxial tomography,计算机轴向断层成像)、MR(magnetic resonance imaging，磁共振成像)、US(ultrasound，超声)等输入。所有相关数据将在设备柜201处接收并且由记录模块220存储在存储器中。手术程序一开始可被自动记录或由操作者及/或管理者来控制。在其它实施方案中，所述程序可被自动记录(默认设置)，但是可以有一个选项，在程序已完成之后覆盖或删除所述记录。

患者的脑部由头部保持器217保持在适当位置，并且在头部中插入进入端口206和导引器210。使用跟踪系统213来跟踪导引器210，该跟踪系统为导航系统200提供位置信息。跟踪系统213可为3D光学跟踪立体摄像机，其类似于由Northern Digital Imaging(NDI，北方数字成像)制造的摄像机。机械臂202和端口206的位置数据可由跟踪系统213通过检测放置在这些工具上的基准标记212来测定。副显示器205可提供跟踪系统213的输出。所述输出可作为多视图显示部分的轴向、矢状和冠状视图显示。

使用进入端口的微创脑部手术是对先前被视为无法手术的脑瘤进行手术的新近构想的手术方法。为了将进入端口引入到脑中，具有无创伤尖端的导引器210可设置于进入端口内并且用以将进入部分在头部内定位。如上所述，导引器210可包含用于跟踪的基准标记212，如图2中所呈现。基准标记212在光学跟踪系统的情况下可为反射性球体或在电磁跟踪系统的情况下可为拾取线圈。基准标记212由跟踪系统213来检测，并且所述基准标记的各位置由所述跟踪软件来推断。

一旦插入到脑中，导引器210即可移除以允许通过进入端口的中心开口来接触组织。然而，一旦导引器210被移除，进入端口便不再可被跟踪。因此，进入端口可由另外的指示工具间接地跟踪，该指示工具被构造成通过导航系统200进行识别。

在图2中，可提供用于夹持进入端口206的引导夹具218。引导夹具218可任选地与进入端口206啮合及脱离而无需将进入端口从患者移除。在一些实施方案中，进入端口在处于关闭位置中时可在夹具内上下地滑动。一锁止机构可附接到引导夹具或与引导夹具整合，并且可任选地用一只手操作，如下文所进一步描述。

再次参看图2，小的关节臂219可设有附接点以保持引导夹具218。关节臂219可具有多达六个自由度以定位引导夹具218。关节臂219可基于患者头部保持器217或另一合适的患者支撑件而附接到或可附接到一点，以确保当锁定在适当位置时，引导夹具218相对于患者的头部不能移动。引导夹具218与关节臂219之间的接口可为柔韧性的，或可选地锁定在适当位置。需要柔韧性，因此进入端口可在脑内移动至各种位置，但是仍可绕一个固定点旋转。

可实现这个功能的这样一种联接的实例为细长的棒或杆。当进入端口206移动到各种位置时，所述棒或杆将对抗此弯曲并且使进入端口206移动回到居中位置。此外，一个可选的项圈可附接到关节臂与进入端口引导件之间的连接，以使得当啮合时，该连接变成刚硬的。目前，不存在能实现以此方式定位进入端口的此种机构。

图3为说明使用导航系统的基于端口的手术程序中所包含的处理步骤的流程图。第一步骤包含导入基于端口的手术规划(步骤302)。用以创建并选择一个手术规划的过程的详细描述在标题为“用于微创治疗的规划、导航和模拟系统和方法(PLANNING,NAVIGATION AND SIMULATION SYSTEMS AND METHODS FOR MINIMALLY INVASIVETHERAPY)”的PCT专利申请公开号为WO/2014/138924中概述，该PCT专利申请以全文引用的方式特此并入该文中，并且该PCT专利申请要求美国临时专利申请第61/800,155号及第61/924,993号的优先权，所述两个美国临时专利申请以全文引用的方式特此并入该文中。

如上文所概述，实例规划可由以下各者组成：术前3D成像数据(即，MRI、超声波等)和其上的上覆信息(overlaying)，接收的输入(即，脑沟进入点、目标位置、手术结果准则、附加3D图像数据信息)；和基于规划的手术路径的计算分数而显示一个或多个轨迹路径。前述手术规划可为一个实例；也可设想其它手术规划及/或方法。

一旦规划已导入到导航系统中(步骤302)，便使用头部或身体保持机构将患者固定在适当位置。头部位置也使用导航软件与患者规划进行确认(步骤304)。

返回图3，下一步骤是开始患者的配准(步骤306)。措词“配准(registration)”或“图像配准(image registration)”是指将不同数据集变换到一个坐标系中的过程。数据可以是多个照片、来自不同传感器的数据、时间、深度或视点。“配准”的过程在本申请中被用于医学成像，其中来自不同成像模式的图像是联合配准的。配准是必需的以便能够比较或整合从这些不同模式获得的数据。

本领域技术人员将了解，存在众多可用的配准技术，并且所述配准技术中的一者或多者可用于本申请中。非限制性实例包含基于强度的方法，所述方法通过相关度量来比较图像中的强度图案，而基于特征的方法找到例如点、线和轮廓这些图像特征之间的对应。图像配准算法也可根据所述算法用来将目标图像空间与参考图像空间联系起来的变换模型来分类。另一分类可在单模式方法与多模式方法之间进行。单模式方法通常以由相同扫描器/传感器类型获取的相同模式来配准图像(例如，一系列MR图像可被联合配准)，而多模式配准方法被用以配准由不同扫描器/传感器类型(例如，在MRI(magnetic resonanceimaging,磁共振成像)和PET(magnetic resonance imaging,正电子发射断层扫描)中)获取的图像。在本发明中，多模式配准方法被用于头部/脑的医学成像中，因为一个对象的图像是不断地从不同扫描器获得。这些实例包括脑CT/MRI图像或PET/CT图像的配准以用于肿瘤定位、对比度增强的CT图像对非对比度增强的CT图像的配准和超声波与CT的配准。

一旦确认配准(步骤308)，即遮盖患者(步骤310)。通常，遮盖包括用无菌屏障覆盖患者和周围区域以产生无菌区域并且在手术程序期间维持无菌区域。遮盖的目的在于消除微生物(即，细菌)在非无菌区域与无菌区域之间的传递。

在遮盖(步骤310)完成后，下一步骤为确认患者接合点(步骤312)，然后准备并且规划开颅术(步骤314)。

在开颅术步骤准备和规划(步骤312)完成后，下一步骤为切开颅骨(步骤314)，在此，暂时将骨瓣从头盖骨移除以进入脑(步骤316)。此时用导航系统来更新配准数据(步骤322)。

下一步骤为确认开颅术内的接合和移动范围(步骤318)。一旦确认该数据，所述程序前进到在所述接合点处切割硬脑膜及识别脑沟的后面步骤(步骤320)。在此时也用导航系统来更新配准数据(步骤322)。

在一实施方案中，通过将摄像机的注视聚焦在所关心的手术区域上，这种配准更新可经操纵以确保那个区的最佳匹配，同时忽略影响(所关心的)手术区域以外区域的任何非均匀组织变形。另外，通过匹配组织的上覆信息(overlay)表征与所关心组织的实际视图，特定组织表征可匹配到视频图像，并且因此趋向确保所关心的组织的配准。

举例来说，开颅术后的脑(即，暴露的脑)的视频可与成像的脑沟图匹配；暴露血管的视频位置可与血管的图像分段匹配；患部或肿瘤的视频位置可与肿瘤的图像分段匹配；及/或来自鼻腔内的内窥镜检查的视频图像可与用于鼻内对准的鼻腔上的骨表面的骨呈现匹配。

在其它实施方案中，可使用多个摄像机并且上覆有一个跟踪仪器视图，且因此允许同时呈现数据的多个视图和上覆信息，此可趋向提供对配准的更大信任或不只是尺寸/视图的校正。

此后，开始置管过程(步骤324)。置管包含将端口插入到脑中，通常沿着在步骤320中识别的脑沟路径、沿着轨迹规划进行。置管是一个反复的过程，该过程包括重复这些步骤：在接合处上对准端口和设定所规划的轨迹(步骤332)然后置管到目标深度(步骤334)，直到执行完整的轨迹规划(步骤324)。

返回图3，外科医生接着进行切除(步骤326)以移除所关心的脑及/或肿瘤的部分。切除(步骤326)是包含精细和粗略切除(步骤336)两者的连续循环。下一步骤包含高光谱成像(步骤338)，所述高光谱成像可对精细或粗略切除(步骤336)的任一者进行。高光谱成像(步骤338)被用作组织区分的形式且可帮助外科医生调查癌变干细胞。而且，在作为外部视频观测器的部分或作为单独模块上操作获得高光谱成像组织的这种能力可提供下列功能：使用组织的吸收进行化学成像的能力、基于散射特性来区分组织的能力、及/或通过在具有减少的吸收或散射特性的波长下成像来改善可视化的能力。

一旦切除完成(步骤326)，外科医生接着通过从脑移除端口和任何跟踪仪器来进行拔管(步骤328)。最后，外科医生缝合硬脑膜完成开颅术(步骤330)。

图4说明使用视频观测器的一个基于端口的脑部手术程序实例。在图4中，操作者404(通常为外科医生)可将视频观测器402对准到匹配的下端口406。视频观测器402可附接到可调节机械臂410。端口406可具有附接到端口的跟踪工具408，其中跟踪工具408将由导航系统的跟踪系统来跟踪。

即使视频观测器402通常为内窥镜或显微镜，当手术程序在限定空间中进行以及在持续很长时间中进行(例如，微创脑部手术的情况)时，这些装置依然引起光学和人体工学的限制。

图5A说明由透镜总成511(稍后将解释)和两个照明递送点512组成的视频观测器的设计。透镜总成511终止于在近端具有密封窗501的目镜端。密封窗501通常由石英制成，以帮助维持水密封，这是因为OR(Operating Room,手术室)装置必须是蒸汽可清洁的。目镜端还具有提供用于摄像机(未图示)的标准化安装点的摄像机连接器505。摄像机可为标准清晰度(SD，standard definition)、高清晰度(HD，high definition)或超高清晰度(UHD，ultra high definition)摄像机。在另一实施方案中，摄像机可由例如光学相干层析成像(OCT，Optical Coherence Tomography)或偏振敏感性OCT等其它成像技术替换。所述透镜总成的远端亦用远端处的透明窗513密封。远端还支撑照明光学器件512。在替代实施方案中，远端还可任选地附加偏振滤光器以实现偏振敏感性成像。

所述照明光学器件由使用一对连接器510以可旋转方式附接的光纤束507组成。连接器510允许所述光纤束在连接器内自由地旋转(图5C中的570)，同时使用宽松套管508保持透镜509与光纤束507的顶端之间的固定距离。这种旋转运动会减少当视频观测器在保持系统(未图示)或如图4中所见的机械臂410上移动时的光纤束上的应力。当机械臂410在手术程序期间移动时，可旋转连接器510还有助于简单缆线管理。所述照明光学器件将尽可能靠近物镜放置。光学器件之间的间距的一个非限制性实例为：透镜509的中心之间，近似30毫米到35毫米或32毫米到34毫米的间距，其中透镜509的直径为近似15毫米。这种配置对于当视频观测器的远端距离所述手术端口的底部在25厘米到40厘米时以最大强度照明手术端口的底部而言是最佳的。光学补偿器503被用以充当在蒸汽清洁期间控制光学组件上的应力的热补偿器。保持器506提供容易握住的总成以保持并且操纵视频观测器而不在透镜总成上引入机械应力。透镜总成被封存在密封圆筒511中以避免在正常使用和清洁期间蒸汽和液体的进入。可旋转的附接机构510允许在摄像机被手动地移动时或在安装到机器人定位系统时光纤束的自由旋转。这样又避免易断裂的光纤束上的过度应力。

图5C示出了一个非限制性实例，该实例实现允许照明总成565在径向上560绕视频观测器圆筒502旋转的功能。照明总成565由在视频观测器的对侧上的两个光纤束507、安装机构508和透镜509组成(如在图5A中)。这种组成允许外科医生调整照明的径向定向并且定向照明总成，使得照明总成最低程度地阻碍外科医生对手术空间的观察。照明总成可通过使用可移除夹具555和关联的锁550将视频观测器紧固到外部定位机构(例如410)而在不旋转视频观测器的情况下自由地旋转。可使用螺纹机构或任何其它机械紧固机构旋紧可移除的夹具的远端555和相联的锁550。可移除的夹具的近端(未图示)可紧固到外部定位机构410。更应注意，这个设计中所实现的旋转560以及光纤束在连接器内的旋转570实现对可见手术空间干扰最少的视频观测器的定位和定向，并且将移动期间的光纤束上的应力减至最小。最后，照明总成565可用例如环形灯或单一照明点这样的替代配置来替换。环形灯可通过光纤束的光纤股(未图示)绕物镜圆周的圆形布置来实现。单一照明点可通过从所述设计移除两个分叉光纤束507中的一个来实现。

照明总成优选地接收来自远离视频观测器设置的光源的光输入。这样配置减小外部观测器的总重量并且允许通过手动定位系统(未图示)或机械臂410容易地操纵视频观测器。来自光源的光通过使用光纤束而传递到视频观测器。图5A中由照明光学器件512表示的两个照明递送点的存在需要使用分叉成两部分的光纤束。光纤束的这种设计被称作Y型缆线。在图5B中说明这个Y型缆线设计的实例实施方案。在图5B中，可旋转连接件508于Y型缆线的两个远端处设置在紧固件510上，从而提供用于自由地旋转光纤束以避免光纤束的断裂的机构。应力解除件527帮助维持光纤束在所述两个远端与Y型接头531之间的弯曲半径529的最小限制。Y型接头531帮助减小光纤束507上的弯曲应力。应力解除件533类似地帮助减小Y型缆线的近端处的连接器535附近的弯曲应力。截面525和537示意Y型缆线的两个末端处的光纤束。在Y型接头531距离两个末端等距地放置的情况下，缆线的长度可为至少40厘米。这个尺寸提供光源在距离机械臂410足够远的手推车或设备柜201上的放置，同时将由光纤束的过多长度引起的光损失减至最小。

图6说明视频观测器的光学设计，其限制物镜600(前透镜)的直径。这个设计使照明光学器件能够紧接地邻近物镜安装，使得照明光束可几乎与从组织反射的光的返回路径共线。照明光束和反射光束需要尽可能地共线，使得最大照明达到进入端口406的底部。最后，约束所述光学设计以使得透镜总成的长度达到最小从而使整个视频观测器402对外科医生的视野影响最小，并且有利于外科医生容易地接触手术空间。这个约束是传统光学设计中的挑战，传统光学设计技术通过在设计过程期间利用透镜总成的最大可用物理长度将变焦最大化。本发明的这种光学设计是从由物镜600、中继透镜602和目镜604组成的传统内窥镜系统改装。选择光学总成的变焦参数使得最小视野(对应于最大变焦)等于近似13毫米。这个尺寸是手术端口的直径。13毫米的视野需要在25厘米的最小工作距离下实现，其中所述最小工作距离被定义为视频观测器(图4中的402)的远端与手术端口(图4中的406)的底部之间的距离。如图5A中所解释，连接器505用以在目镜端(在图6中标记为“E”)处附接摄像机。物镜的光学设计由1个双胶合透镜(doublet)和1个单透镜(singlet)组成；中继透镜由1个双胶合透镜和1单透镜组成，并且目镜由2个单透镜和1个双胶合透镜组成。使用放置在物镜与中继透镜之间的一个光学补偿器503来补偿任何制造误差。光学子总成的长度将通过使用较高放大率透镜和较少透镜组而减至最小。

手术程序的类型决定宽视场(WFOV，wide-field of view)或窄视场(NFOV，narrowfield of view)视频观测器。举例来说，颈部手术可受益于WFOV视频观测器，其中视频观测器捕捉大面积；而基于端口的脑部手术可受益于NFOV视频观测器。不用尝试使用一个装置来解决两者的这些设计要求，而是可开发两个单独设计以使得所述两个设计共享若干的子组件和制造过程。因此，在共享许多设计元件和装配程序的同时制造两个不同设计是经济的。WFOV设计和NFOV设计两者共享如图5A中所见的类似光学照明系统512。WFOV设计可通过将摄像机附接到摄像机连接器505来实现。摄像机的变焦调整被用以确定这个情况下的视野。

图7说明具有非同轴照明源的总成。照明系统710在设计上类似于图5A中所说明的照明系统并且由光纤束704组成(仅光纤束的远端部分在图中示出)。使用空气填充的不透明管(也被称作光学管)702定位所述照明机构，该照明机构远离附接到连接器505的摄像机。应注意，任何所需放大可由用于WFOV应用的摄像机透镜(未图示，但通常附接到摄像机连接器)来提供。光学管的远端的平面706与照明光学器件的平面708之间至少1毫米的有限空间帮助隔离照明光与直接到达摄像机的输入光。还应注意，WFOV光学器件的尺寸将是使得照明将几乎不与反射光的路径同轴的尺寸。这并非是这种配置的一个限制，这是因为WFOV被用以观察手术空间，其比端口的空间大(端口为近似13毫米)。因此，普通照明即足够。接近摄像机放置照明源与使用手术顶灯相比确实改善手术区域的照明，并且避免来自手术空间外的区域的强光。附加组件712和714的作用将在下文在高光谱成像的背景下解释。

在视频观测器的另一实施方案中，紧接地邻近视频观测器的远端放置的照明源可使用例如亮度发光二极管或超发光二极管(SLD，Super Luminescent Diodes)(未图示)的光源。由于所述光源并不同轴于反射光路径(入射在透镜和摄像机总成上的光路)，故所述光源必须瞄准或控制在所关心焦平面上。该控制可使用如图5A中所示的可移动光纤束安装件510来实现。

基于端口的成像中的这些外部设置照明源的应用引入了若干挑战。首先，端口的壁是部分或完全反射性的。这引入了成像表面中具有较高强度的入射光的局部区域。这些区域通常被称作热点。希望避免这些高强度区域，这是因为这些区域使传感器饱和，并且因此限制摄像机机构中的传感器的动态范围。使用后处理来标准化强度不是最佳的，这是因为传感器的饱和导致不可恢复的信息丢失。高强度区域的存在可通过使用端口壁上的产生漫射光的表面纹理来减少。使用端口壁上的光滑和粗糙表面纹理的影响将分别在图8A和图8B中说明。由有纹理壁引起的反射被称为朗伯反射(Lambertian reflection)。使用光线追迹工具进行图8A和图8B中所呈现的评估，并且使用热图或伪彩色(其中高强度对应于白色并且低强度对应于黑色)来可视化组织的表面(端口的远端)处的所得光强度。

用以均匀地照明端口的底部的另一方法是使用通常已知的光学模型化方法(例如光线追迹)模型化光线，并且建立将手术端口的底部处的热点减至最少的光源的最佳取向。所述光源的取向可使用光束控制机构(例如图5A中所说明的光束控制机构)来修改。或者，机器人定位系统可用以实现这种控制。

基于端口的成像也受由血液、CSF(Cerebrospinal fluid,脑脊液)或其它流体的存在引起的脑组织的一些但不是全部区的高反射性性质限制。在后者的情况下，可获取初始图像以识别具有高强度反射光的区，并且这个信息可用以在尝试均匀地分布入射光时重新定位光源的方向。如上所述，使用白光的成像在手术室中具有若干挑战。这些挑战中的若干者可通过限制观察到的光的光谱范围或通过明智地组合选定波长带以在手术室中可视化人体组织来克服。

图9说明经过修改以适应高光谱成像能力的视频观测器。在这个实施方案中，可使用基于手术背景而修改(例如，选择血液高度吸收性(以检测血块)或透射性(以避免过度光散射)的照明光谱区)的可调光源。

图9说明一个这种系统。可调光源主要由宽频光源1100、光谱分离机构1140、光谱过滤机构1150和用以组合经过滤频率带的机构1170组成。所述组合机构由透镜和光纤束组成，该光纤束将所有反射波长带混合成通过光纤束507传输的一个光束。来自光源1100的光通过狭缝1110而产生窄光束。然后使用光学元件1120和1130来校准此光。然后使用棱镜(未图示)、反射或透射光栅将经校准光束分光成其光谱分量。

图9说明反射性光栅1140的用途。通过选择性地反射空间分离的光束的部分来过滤空间分离的光束。这种过滤是使用空间光调制器SLM 1150(例如，数字光处理器DLP(Texas Instruments Inc，德克萨斯仪器公司))来实现。SLM由可以电气方式启动而充当反射镜或撤销启动而充当不透明表面的微镜阵列组成。因此，基于已启动的微镜的组合模式，光谱的特定部分被反射，而其它区被抑制。现由光谱的选择性部分组成的光束将通过聚焦光学器件1160和组合器1170来组合。

重组的光束现仅由被空间光调制器SLM 1150选择性地反射的那些波长组成。该光可通过经由光纤束507将该光传输到附接至外部观测器的照明连接件和透镜机构510，而用作成像系统或外部观测器的照明源。应注意，为说明简单起见，图9中所说明的视频观测器示出光纤束507到两个照明连接接件510中的仅一者的连接。将光纤束连接到视频观测器的细节在图5A中另外解释。

来自组织1198的反射光被由透镜总成502组成的外部观测器捕获。如图5A中所详细展示的，所述透镜总成包括一个透镜筒，该透镜筒容纳一个或多个透过光的透镜单元；使用通常为电荷耦合装置(CCD，charge coupled device)的高分辨率检测器1125捕获该光。被SLM(spatial light modulator,空间光调制器)反射的特定带的波长受由计算机1185指挥的SLM控制器1180控制。同一计算机被用以从检测器1125获取图像。因此，所述计算机可将材料1198的照明与光的一或多个特定波长带同步并且获取对应的反射光。照明波长与所获取图像的这种关联可用以构造高光谱图像，其中每一图像为2D或1D图像，并且第三尺寸为对应于照明波长带的索引。由于位于SLM中的各个微镜可以高达4kHz的速率操作，故可在不同波长带获得视野的后续帧。

而且，所获取帧中的某一些可用于组织的白光照明。通过以提供流畅视频回放的足够高的帧率来操作所述图像采集摄像机，这是可能的，这正如人类观察者在采集高光谱图像帧的同时间歇地获得白光帧时所感觉的。举例来说，在一些非限制性实例中，帧率可经选择以高于20帧每秒、高于24帧每秒或高于30帧每秒，以便在获得高光谱数据时支持这些帧率下的白光视频采集。举例来说，在高于20fps的摄像机帧率下，可以每1/20秒获取白光图像，并且任何额外帧可经分配以用于使用特定波长带进行获取。可基于收集到的白光图像单独地产生和显示白光视频供给。此允许外科医生在以多路复用方式在不同波长带下获取任何额外图像的同时，连续地观看手术区域的白光图像。可在一个显示或显示的子区域中查看白光图像流(或视频)，并且可在第二显示或所述第二显示的第二子区域中查看使用其它波长带获取的其它图像。

所述各个波长带可由非重叠各个波长带或可重叠的带的组合组成。或者，所获取帧中的至少一帧可对应于使用光源的整个波长带的主题材料1198的照明1197。整个波长带也可经标准化以确保从组合器1170发出的输出光中的所有强度在整个光谱上一致。这种情况被称作白平衡(white balancing)。总的来说，同一光学结构可用以获取高光谱图像和白光图像，该高光谱图像和白光图像以图像的获取顺序散布在彼此之间。这个实施方案消除了这样的需要：对将所获取光束分光为独立路径以使得一个光束被高光谱成像系统获取，而另一光束被白光摄像机获取。这减小了光学系统的设计复杂性并且帮助使系统变得更紧凑，这是因为所述系统的光谱整形部分可使用用以引导来自光源的输出光的光纤束而与成像系统分离。应注意，被成像的样本1198可为离体组织样本或可为通过插入颅骨中的基于端口的神经外科进入的被暴露脑组织的部分。

图10中说明了用以多路复用方式获取高光谱数据和白光图像(或视频)的软件系统。首先，将所关心波长(波带)的范围存储在表中(步骤1200)。接着，从所述表选择用于照明的特定波带(步骤1220)。使用这个表中的每一条目来查找(步骤1230)需要利用另一表来启动的特定微镜(步骤1210)。因此，仅启动与特定波长带有关联的微镜(步骤1240)。微镜的启动将其变成微反射器而非不透明表面。因此，图9中的样本1198用由特定波长带组成的光(图9中的1197)来照明。所述表(步骤1200)还可包含启动整个空间光调制器(SLM，spatiallight modulator)的条目。在这种情况下，SLM充当用于光源的整个频宽的镜子，且所获取图像将对应于白光照明。

返回图10，通过同一计算机获取来自被照明的样本的反射光(步骤1250)，并且将所述反射光与特定波长带关联(步骤1260)。查询用于每一所获取图像的照明的类型(白光对特定波长带)(步骤1270)以便将所获取图像适当地分类为白光图像(视频)的部分或高光谱图像数据集的部分。如果所获取图像对应于窄波长带，那么将所获取图像存储为高光谱图像集的部分(步骤1280)。如果图像对应于白光照明，那么将图像存储为白光图像，或可捕捉一连串这些图像以代表一个视频流。重复这种获取过程(步骤1215)，直到顺序地使用所关心的所有波长带来照明样本材料。因此，所得图像集将由高光谱图像集(步骤1280)和白光图像集(步骤1290)两者组成，所有图像是使用同一硬件获取的。

理想地，视频流必须为至少30帧每秒以将无闪烁视频提供给外科医生。如果每秒获取总共40帧，那么额外的10帧可用以存储对应于10个特别或重叠的波长带的图像。因此，如果获取系统的总帧率为n帧每秒，那么n-30帧可被分配给高光谱图像数据集中的n-30个波长带。

图9中所示的可调光源1110的替代物可为单色、紫外线(UV，ultra violet)、可见及/或近红外(NIR，near infrared)波长，用以使用自由空间或光纤耦合机构来照明组织的连续波或脉冲。

在另一实施方案中，特定波长带可通过使用例如以下各者光谱元件对来自宽带光源的被反射的光滤波而获取：离散波长滤波器(在滤波轮或空间片上滤波器上)、液晶滤波器、摄谱仪/光谱仪/光谱光栅、空间变化的光栅、光纤耦合光谱仪。

图7还说明附接到可电机驱动的旋转滤波轮714的离散滤波器712的实现方式。这种滤波器机构附接在视频观测器的远端处。视频观测器的输入处的离散滤波器的另一替代物为基于液晶的可调波长滤波器(未图示)以仅通过窄范围的波长。这种滤波器可调谐到许多不同波长，并且以类似于离散滤波器的方式操作，因为图像是针对滤波器所调谐到的每一波长而获取。在又一实施方案中，可使用基于衍射光栅的系统来替代图9中所示的摄像机1125，该基于衍射光栅的系统将输入光分离为其组成波长。成像光谱仪系统依靠横跨待成像的视野扫描系统的入射狭缝。因此，获取时间受扫描时间限制。光谱仪的入射狭缝可为自由空间或耦合到光学路径的纤维。如果利用阵列对行(array-to-line)纤维映射，那么能够同时获取所有空间和光谱信息。或者，光谱仪可配备空间变化的光栅(Spatially VaryingGrating)，其中专门的衍射光栅允许在单次获取中收集所有像素的光谱。所述光栅被划分成许多空间光栅，每一空间光栅具有变化的衍射方向。获取一个图像，所述图像捕捉来自这些光栅区中的每一者的衍射光，接着重建这个图像以形成高光谱数据集。

摄像机1125的非限制性实例包含具有高达高清晰度(HD，high definition)或超高清晰度(UHD，ultra high definition)的分辨率的单色摄影机、CCD(charge coupleddevice,电荷耦合器件)、CMOS(Complementary metal–oxide–semiconduc,互补式金属氧化物半导体)、InGaAs(Indium gallium arsenide,砷化镓铟)或HgCdTe(mercury cadmiumtelluride,蹄镉汞)装置。

共焦高光谱成像系统的另一方面为整个组织表面并非必须以光栅图案进行扫描。替代地，可聚集一些随机点，直到相对于预先定义的数据类找到合理匹配。这种处理可显著减少与高光谱成像关联的数据获取时间。

在一些实施方案中，高光谱成像系统用单色或宽带光照明组织、收集从组织反射的光、以收集一系列图像(每一图像是在不同波长或波长范围下记录)的方式来控制检测到光的波长。这个系列的图像(被称作高光谱数据集)经处理以提取组织的生物化学或微结构度量并且减小到2D(空间)。这个减小的2D图像可在空间上配准并且可上覆在外部视频观测器图像以及任何其它手术前图像和手术中图像上。举例来说，使图像数据相关的方法披露于2014年3月14日提交的标题为“手术数据的模式内同步(INTRAMODAL SYNCHRONIZATIONOF SURGICAL DATA)”的PCT专利申请公开号为WO 2014/139021中，所述专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。空间配准(Spatial registration)是通过使用直接附在摄像机上或刚性地且一直附到摄像机的结构上的导航标记来实现。此空间配准提供成像系统的定位和定向两者。此空间配置将在与成像系统的自动导引有关的披露内容中进一步解释。

接着处理图10中的高光谱数据集1280以提取组织特定信息并且减小数据的维度。组织特定信息范围可从组织类型识别到与所获取图像的区关联的推断病理。可能处理方法的实例包含以下各者：

在一个实施方案中，如果所关心化学物质的光谱峰值或特征是已知的，那么光谱将通过峰值或特征检测算法来处理以检测峰值或特征，从而给出化学物质存在的指示和浓度或质量的某一指示。这种情况仅在已知所关心特定化学物质的情况下有用。

在一个实施方案中，所关心特定组织或组织状态的光谱可被获取并且存储在数据库中，如在2014年3月14日提交的标题为“手术数据的模式内同步(INTRAMODALSYNCHRONIZATION OF SURGICAL DATA)”的PCT专利申请公开号为WO2014/139021中所披露的。可将在手术期间所获取的光谱与存储在数据库中的光谱进行比较以寻找相似性，并且在足够相似的情况下给出光谱是从何种组织或组织类型获取的指示。

可使用一些多变量/化学计量学方法基于所获取光谱预测新样本的状态，该些多变量/化学计量学方法是统计技术的一个广泛分组，其中，在从具有已知状态(即，光谱和对应的化学物质含量、组织类型、组织状态等)的样本收集的光谱上训练一种方法。某些较常用的所用技术包含主成分回归(PCR，principal component regression)、偏最小二乘法(PLS，partial least square)和神经网络(NN，neural network)。

前述分析方法可在计算机系统中实施，且因此，可几乎实时地获得分析的结果以供外科医生适当使用。此可显著减少由病理学家进行类似分析的需求并且减少与获得这些组织分析的结果关联的等待时间。新获取的数据与知识库(或数据库或训练集)中的代表性数据之间的相关度量为外科医生提供度量化组织类型的手段。这些度量可为与由软件算法提供的自动推断相关联的信任的表征。

最后，选择性地观看光谱的窄带或拒绝光谱的窄带的能力可允许外科医生屏蔽掉来自血液的强反射。因此，即使当通道由于过度出血而堵塞时，外科医生也可能够观看通道的内部并且继续进行肿瘤的手术切除。此将减少不断地冲洗狭窄通道的需要并且因此减少手术程序的中断。

注意，本文中所提供的实施方案可使用软件来处理3D尺寸数据集以提取所关心信息，以及将所述数据减小到2D图像，该2D图像可结合外部视频观测器获取的手术图像被可视化或可上覆于由外部视频观测器获取的手术图像上。这些软件方法可包含从简单光谱峰值检测到更复杂的多变量、化学计量学和数据挖掘技术的一切，以从获取的光谱提取所关心度量。与每一像素关联的光谱可根据这些方法加以处理。

由于高光谱成像是光学技术具有有限穿透性(2毫米到3毫米)，因此高光谱成像的使用限于浅表组织或通过通道手术暴露的组织。组织中的化学物质的独特光谱提供使用高光谱成像对化学内含物成像的可能，并且自此将有用的定性或定量信息提供给外科医生以帮助在手术期间作出的决定。化学成像可用以基于不同化学成分和关联的不同吸收(例如，白质对灰质)来区分不同组织、确定组织状态(例如，正常对恶性)以及确定组织状况及/或健康(例如，氧化状态)。类似于吸收变化，可使用光谱散射特性的差异，根据细胞结构随组织类型(例如，脂肪对神经纤维)和状态的变化(例如，癌变前期和癌变状态下的细胞核和总的细胞大小的变化)来确定组织的特性。最后，由于所获取的高光谱数据集含有在多种波长下获取的数据，因此示出仅选定波长或波长范围处的图像改善组织的可视化(吸收或散射中的最小值或最大值)。举例来说，血红蛋白吸收处于最小值的情况下的波长处的图像，由血液引起的吸收将显著减少，因此提供额外光以用于照明。

在图11中说明了在特定波长带下成像的这个优点。图11说明脑区域(胼胝体)的标准彩色图像(A)，所述图像是使用以400纳米(B)、500纳米(C)、600纳米(D)和700纳米(E)为中心和各自10纳米的频宽的四个不同波长带捕获。显而易见，400纳米滤光带清晰地示明了一些组织结构，否则的话，这些组织结构在其它波长带中是不可见的。

图12说明图9的计算机系统1185的关键组件。图12提供计算机控制系统425的实例非限制性实现方式，所述计算机控制系统包含一个或多个处理器430(例如，CPU/微处理器)、总线402、存储器435(存储器可包含随机存取存储器(RAM，random access memory)及/或只读存储器(ROM，read only memory))、一个或多个内部存储装置440(例如，硬盘驱动器、压缩磁盘驱动器或内部闪存)、电源445、一个多个通信接口450和各种输入/输出装置及/或接口460(例如，临床医生用来提供各种输入、执行模拟等的用户接口)。

虽然在图12中仅说明每一组件中的一个，但计算机控制系统425中可包含任何数目个每一组件。举例来说，计算机通常含有许多的不同数据存储介质。此外，虽然总线402被描绘为所有组件之间的单一连接，但是将理解为，总线402可表示连接所述组件中的两者或两者以上的一个或多个电路、装置或通信频道。举例来说，在个人计算机中，总线402常常包含母板或为母板。

在一个实施方案中，计算机控制系统425可为或可包含通用计算机或针对空间中的操作配置的任何其它硬件等效物。计算机控制系统425也可实现为通过更多通信频道或接口中的一个耦接到处理器430的一个或多个物理装置。举例来说，计算机控制系统425可使用专用集成电路(ASIC，application specific integrated circuit)来实现。或者，计算机控制系统425可实现为硬件与软件的组合，其中软件是从存储器或经由网络连接加载到所述处理器中。

在另一实例实施方案中，竖直狭缝或焦点可由使用通常用于显微镜中的共焦光学设计的视频观测器(未图示)来成像。光点或狭缝可接着在光电倍增器上成像以产生极敏感的高光谱成像系统。焦点可使用扫描机构跨样本表面掠过。通常所使用的扫描机构为扫描反射镜系统。

上文所描述的特定实施方案已通过实例示出，且应理解，这些实施方案可能有各种修改和替代形式。更应理解，权利要求不欲限于所公开的特定形式，而是涵盖在本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代物。

虽然出于说明性目的结合各种实施方案在此描述了申请人的教示，但不打算将申请人的教示限于这些实施方案。相反地，在不脱离所述实施方案的情况下，本文中所描述且说明的申请人的教示涵盖各种替代物、修改和等效物，所述实施方案的一般范围将在附加的权利要求中界定。

Claims (15)

1.一种用于进行手术区域的高光谱成像的高光谱成像设备，所述高光谱成像设备包括：

照明式外视镜，所述照明式外视镜包括：

一体化的纵向外壳；

设置于所述一体化的纵向外壳内的光学成像总成；

成像摄像机，所述成像摄像机与所述光学成像总成连接以用于检测由所述光学成像总成收集到的图像；以及

由所述一体化的纵向外壳支撑的、设置在所述一体化的纵向外壳的两个相对侧面上的二个照明源，其中与每一照明源有关联的照明轴偏离所述光学成像总成的成像轴；

远端光源；

光谱滤波装置，所述光谱滤波装置与所述远端光源光学通信；以及

光导，所述光导具有与所述光谱滤波装置的输出光学通信的近端和两个远端，其中每一远端与照明源光学通信，其中所述光导的每一远端通过可旋转连接器以可旋转方式附接到所述两个照明源中的一个相应照明源，所述可旋转连接器允许所述光导在所述可旋转连接器内自由地旋转，以便当所述一体化的纵向外壳被移动时减少光导上的应力；

并且，其中所述两个照明源通过可旋转安装机构连接到所述一体化的纵向外壳，所述可旋转安装机构允许所述照明源以环形路径绕所述一体化的纵向外壳旋转。

2.如权利要求1所述的高光谱成像设备，其中，所述光学成像总成包括大于大体上25厘米的工作距离。

3.如权利要求1所述的高光谱成像设备，其中，所述成像摄像机为成像变焦摄像机，并且其中所述光学成像总成和所述成像变焦摄像机经构造以使得与由所述成像变焦摄像机收集的图像相关联的最小视场大体上等于预先选择的进入端口的直径。

4.如权利要求1所述的高光谱成像设备，其中，所述光导为光纤束。

5.如权利要求1所述的高光谱成像设备，其中，所述两个照明源之间的间距在大体上30毫米与35毫米之间。

6.如权利要求1所述的高光谱成像设备，还包括附接机构，所述附接机构用于将所述纵向外壳连接到机器人定位臂。

7.如权利要求1所述的高光谱成像设备，其中，所述光谱滤波装置包括光学耦合到空间光调制器的色散元件。

8.如权利要求1所述的高光谱成像设备，其中，每一照明源在纵向上从所述纵向外壳的远端凹入。

9.一种用于在医疗程序期间对进入端口内的手术区域成像的外视镜，所述外视镜包括：

一体化的纵向外壳；

设置于所述一体化的纵向外壳内的光学成像总成，所述光学成像总成包括大于大体上25厘米的工作距离；

成像变焦摄像机，所述成像变焦摄像机与所述光学成像总成连接用于检测由所述光学成像总成收集到的图像；

由所述一体化的纵向外壳支撑的、在所述一体化的纵向外壳的两个相对侧面上的二个照明源，其中与每一照明源有关联的照明轴偏离所述光学成像总成的成像轴；

其中，每一照明光源通过光导耦接到远端光源，所述光导具有两个远端；

其中，所述光导的每一个远端通过可旋转连接器以可旋转方式附接到所述两个照明源中的一个相应照明源，所述可旋转连接器允许所述光导在所述可旋转连接器内自由地旋转，以便当所述一体化的纵向外壳被移动时减少光导上的应力；

其中，所述照明源通过可旋转安装机构连接到所述纵向外壳，所述可旋转安装机构允许所述照明源以环形路径绕所述纵向外壳旋转；并且

其中，所述光学成像总成和所述成像变焦摄像机经构造以使得与由所述成像变焦摄像机收集到的图像相关联的最小视场大体上等于所述进入端口的直径。

10.如权利要求9所述的外视镜，其中，每一照明源在纵向上从所述纵向外壳的远端凹入。

11.如权利要求9所述的外视镜，其中，所述光导为光纤束。

12.如权利要求9所述的外视镜，其中所述两个照明源之间的间距在大体上30毫米与35毫米之间。

13.如权利要求9所述的外视镜，其还包括附接机构，所述附接机构用于将所述纵向外壳连接到机器人定位臂。

14.一种在提供白光视频供给的同时进行高光谱成像的方法，所述方法包括：

提供如权利要求1所述的高光谱设备，其中，所述成像摄像机具有超过预先选择的视频帧率的帧率；

在获得高光谱图像数据的同时；

以多路复用方式，以等于所述预先选择的视频帧率的获取速率间歇地获取白光图像帧；以及

基于所述获取的白光图像帧来提供白光视频供给。

15.如权利要求14所述的方法，还包括，在已获得高光谱图像数据之后，继续以所述预先选择的视频帧率提供所述白光视频供给。