CN108463156A - 光学引导式外科手术装置 - Google Patents

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Abstract

用于执行诸如心脏内手术或神经外科手术的外科手术的装置包括实心光学窗，其由透明的适形性材料形成，其中实心光学窗包括近端侧和远端侧，实心光学窗的远端面被构造成在外科手术期间接近组织；成像系统，其埋设在实心光学窗中并被定位成通过实心光学窗的远端面的至少一部分获得图像；以及工具通道，其从实心光学窗的近端侧向远端侧贯穿实心光学窗地形成，其中工具通道被构造成接收用于执行外科手术的工具。

Description

光学引导式外科手术装置
优先权
本申请要求2015年6月19日提交的序列号为62,182,204的美国临时申请以及2016年5月18日提交的序列号为15/158,475的美国申请的优先权，这里通过引用并入这两件申请的全部内容。
关于联邦政府资助研究的声明
本发明是在由国立卫生研究院授予的基金No.R01HL124020的支持下与政府一起作出的。政府对本发明具有某些权利。
技术领域
本发明涉及用于诸如在心脏内手术或神经外科手术期间的外科手术成像用的装置和方法。
背景技术
血管性心脏病是使美国2.5％以上人口痛苦的重要健康问题。已经研发了用于瓣膜置换的各种经皮和经心脏手术。基于导管的介入对疾病过程以及最严重的患者提供了相对低风险的较早介入机会，同时避免了心肺转流术的风险。可以经由导管执行的手术包括经导管主动脉瓣置换术和经导管递送夹合术(catheter-delivered clips)，用于减少或消除二尖瓣回流。介入跳动着的心脏还对修复提供了持续术中评估。基于导管的或内镜的介入还能够用于诸如神经外科手术的其它医学手术。
发明内容
本公开至少部分地基于如下发现：可以通过由集成在待插入外科手术部位(诸如跳动着的心脏或脑组织)的仪器的远端侧前端的光学窗提供的成像，引导诸如心脏内手术或神经外科手术的外科手术。在手术之前、手术之时和手术之后在外科手术部位(例如，心脏或脑内的外科手术部位)处的成像对仪器或者通过仪器引导或通过仪器插入的工具或装置(诸如组织去除工具、导管、组织抓取装置、二尖瓣夹或其它工具)提供了图像引导式定位。在外科手术部位处的成像还能够可靠地检测仪器、工具或装置与目标组织之间的接触，以及能够使稳定和控制仪器、工具或装置相对于目标组织的位置的能力成为可能。一旦仪器、工具或装置被定位，可以在图像引导下进行诸如跳动着的心脏内的手术或神经外科手术的手术，并且可以在体内实时地使手术的结果可见。
在方案中，用于执行外科手术的装置包括：实心光学窗(solid optical window)，其由透明的适形性材料形成，其中实心光学窗包括近端侧和远端侧，实心光学窗的远端面被构造成在外科手术期间接近组织；成像系统，其埋设在实心光学窗中并被定位成通过实心光学窗的远端面的至少一部分获得图像；以及工具通道，其从实心光学窗的近端侧向远端侧贯穿实心光学窗地形成，其中工具通道被构造成接收用于执行外科手术的工具。
实施方式可以包括如下特征中的一个或多个特征。
实心光学窗由聚合物形成。
实心光学窗由硅酮或硅橡胶形成。
实心光学窗的远端面是平坦的。
实心光学窗的远端面的法线相对于实心光学窗的长度方向轴线成大于0°的角度地布置。
远端面的法线相对于实心光学窗的长度方向轴线成20°-25°之间的角度地布置。
实心光学窗的近端部分的第一直径大于实心光学窗的远端部分的第二直径。
成像系统埋设于实心光学窗的近端部分。
成像系统包括相机或光纤、诸如一个或多个相机或者一根或多根光纤。
成像系统包括一个或多个照明装置。
当工具通道中不存在工具时，工具通道被密封。
当工具通道中不存在工具时，工具通道在通过成像系统获取的图像中显现为细线。
当工具通道中不存在工具时，工具通道坍塌闭合。
工具通道相对于实心光学窗的中心轴线侧向地错开。
工具通道的长度方向轴线相对于实心光学窗的长度方向轴线成0°和90°之间的角度地布置。
工具通道的长度方向轴线相对于成像系统的远端部分的长度方向轴线成大于0°的角度地布置。
装置还包括布置在工具通道的近端部分中的管。
管由刚性材料形成。
管布置在成像系统的视野之外。
外科手术包括心脏内手术，实心光学窗的远端面被构造成能够与心脏组织接触。
用于执行心脏内手术的工具包括组织去除工具。
装置安装或集成于导管的远端。
用于执行心脏内手术的工具包括组织抓取装置。
用于执行心脏内手术的工具包括被构造成用于附接到心脏瓣叶的一个或多个夹子。
外科手术包括神经外科手术。实心光学窗的远端面被构造成能够与脑组织接触。
装置安装或集成于神经内镜的远端。
装置安装或集成于神经内镜的侧表面。
装置还包括冲洗通道，冲洗通道从实心光学窗的近端面到实心光学窗的远端面贯穿实心光学窗地形成。
冲洗通道被构造成从实心光学窗的远端面中的开口喷出液体。
装置还包括布置在冲洗通道的近端部分中的管。
管布置在成像系统的视野之外。
当冲洗通道中不存在液体时，冲洗通道被密封。
当冲洗通道中不存在液体时，冲洗通道在通过成像系统获取的图像中显现为细线。
装置包括贯穿实心光学窗地形成的多个工具通道。
多个工具通道中的第一个工具通道的长度方向轴线相对于多个工具通道中的第二个工具通道的长度方向轴线成大于0°的角度地布置。
成像系统被定位成获得多个工具通道中的一个或多个工具通道的远端开口的图像。
多个工具通道被定位成使由多个工具通道接收的工具对准外科手术部位，成像系统被定位成获得对准外科手术部位的工具的图像。
在总体方案中，用于执行外科手术的方法包括：将仪器插入患者，仪器在仪器的远端处包括实心光学窗，实心光学窗由透明的适形性材料形成；使实心光学窗的远端面接近患者的组织；将工具插入穿过实心光学窗中的工具通道，工具通道从实心光学窗的近端侧向远端侧贯穿实心光学窗地形成；以及通过实心光学窗的远端面的至少一部分获得组织、工具或两者的图像。
实施方式可以包括如下特征中的一个或多个特征。
仪器包括导管。
方法还包括使用工具执行跳动心脏的心脏内手术。
跳动心脏的心脏内手术包括瓣膜修复。
使实心光学窗的远端面接近患者的组织包括使实心光学窗的远端面与组织接触。
方法还包括使用工具执行神经外科手术。
获得图像包括在使实心光学窗的远端面与组织接触之前获得组织的图像。
方法包括控制工具穿入组织的深度。
方法包括控制工具与组织之间的角度。
一种用于执行外科手术的装置包括：中空光学窗，其由透明的适形性材料形成。中空光学窗被构造成填充有生理盐水。实心光学窗的远端面被构造成在外科手术期间接近组织。中空光学窗布置于仪器的远端。所述装置包括成像系统，其位于仪器中并被定位成通过中空光学窗的远端面的至少一部分获得图像。所述装置包括工具通道，其贯穿仪器地形成，并且被构造成接收用于执行外科手术的工具。其中，中空光学窗被构造成允许工具穿过该窗以执行外科手术。
实施方式可以包括如下特征中的一个或多个特征。
工具穿过窗的位置能够被调整。
成像系统在仪器中的位置能够被调整。
中空光学窗被构造成在填充有生理盐水时扩展。
本文所述的用于心脏成像的装置和方法可以具有一个或多个如下优点中。为了精确地控制工具操作，装置能够相对于诸如跳动着的心脏中的心脏组织的目标组织操纵、稳定和定位。例如，在一些示例中，组织与光学窗接触允许精确地控制工具穿入组织的深度或工具与跳动着的心脏的组织的接触角度，由此降低了对组织造成损伤(诸如对敏感的心脏结构造成意外损伤或使心脏壁穿孔)和对工具造成损坏两者的可能性。
当没有工具插入光学窗时，能够获得仅被最低限度遮挡的大视野，由此能够使目标组织处及其附近清晰可见。光学窗提供了在手术之前、手术之时和手术之后获得高分辨率(例如，亚毫米级分辨率)的、装置在跳动着的心脏中的展开和功能的体内图像以及目标组织的详细解剖结构的体内图像的能力。在成像期间不需要连续灌注生理盐水就可以实现清晰的视野，并且漏入或漏出光学窗的可能性低。光从表面和界面的反射低，因而可以获得高的图像品质、低的图像失真和良好的聚焦。光学窗制造起来便宜，并且光学窗可以具有能够集成到用于体内的心脏内手术的各种装置中的尺寸。
除非另外限定，本文使用的所有技术和科学术语均具有与如本发明所属领域的普通技术人员所常规理解的含义相同的含义。尽管在本发明的实践或试验中可以使用与本文所述的方法和材料类似或等同的方法和材料，但是以下说明合适的方法和材料。通过引用并入本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献的全部内容。如有抵触，则以本说明书(包括定义)为准。另外，材料、方法和示例仅是说明性的而非限制性的。
根据下面的详细说明和权利要求书，本发明的其它特征和优点将显而易见。
附图说明
图1是用于图像引导式心脏内手术的仪器的图。
图2是用于图像引导式心脏内手术的仪器的光学窗的图。
图3A和图3B是在使用光学窗期间拍摄的照片。
图4-图6是具有光学窗的示例性仪器的图。
图7A-图7C是具有光学窗的示例性仪器的图。
图8A-图8D是光学窗的各种示例的图。
图9A是具有两个相机的光学窗的图。
图9B是具有两条工具通道的光学窗的图。
图10是示出放置有本文所述的装置中的一个装置的心脏内部的示意图。
图11A-图11C是如本文所述的组织去除工具的图。
图12是使用具有组织去除工具的光学窗的手术的流程图。
图13是心脏镜的照片。
图14是具有用于修复瓣周漏的远端侧心脏镜的导管的图。
图15是具有用于操纵二尖瓣小叶的远端侧心脏镜的导管的图。
图16A和图16B分别是具有远端侧心脏镜的二尖瓣夹和组织抓取装置的图。
图17是具有基准标记的光学窗的图。
图18是光学窗的可选示例的图。
图19是具有十字准线图案的光学窗的图。
图20A-图20C和图21是具有可扩展球囊的光学窗的图。
图22A和图22B分别是具有光学窗的多孔神经内镜的照片和图。
图23的(a)-图23的(d)是在体外跳动心脏实验中去除组织的照片。
图24是体内跳动心脏实验的照片。
图25A-图25F是在体内跳动心脏实验中去除组织的照片。
图26A-图26C是从跳动着的心脏中去除体内组织的术后评价的照片。
图27示出了安装在猪中的置换主动脉瓣的图像。
图28A-图28D是具有远端侧光学窗和侧向光学窗的多孔神经内镜的图。
图29示出了使用各种神经内镜拍摄的成像目标的图像。
图30示出了位于猪脑内部的多孔神经内镜的图像。
图31A和图31B是通过多孔神经内镜使组织可见的照片。
图32A-图32F是使用多孔神经内镜在开窗和抽吸胶体囊肿期间获取的照片。
图33A-图33E是使用多孔神经内镜的侧向孔在房隔造口术期间获取的照片。
具体实施方式
参照图1，用于图像引导式心脏内手术的手持式仪器100包括远端侧成像系统200和诸如组织去除工具、导管、组织抓取装置、二尖瓣夹或其它类型工具的工具300。有时称作心脏镜的成像系统200包括光学清晰的窗110，窗110内布置有相机112或光纤和照明装置(未示出)。相机112和照明装置由电子设备114控制，电子设备114可以位于仪器100的把持部116内或位于仪器的外部。例如，心脏镜200中的相机112和照明装置能够使手术部位成像，以协助检测光学清晰的窗110(有时称作光学窗)的远端面(distal face)118与组织之间的接触、协助导航到期望部位或协助使手术期间或手术之后的部位可见。
工具300穿过光学窗110中的工具通道120并离开光学窗110的远端面118。把持部116能够使诸如外科医生的使用者精确地控制工具300的位置和操作。光学窗110还包括冲洗通道130，通过冲洗通道130可以提供诸如生理盐水的流体。如以下说明的，流体可以用于冲洗光学窗110的远端面118与组织之间的界面，或者可以用于诊断的目的。
装置部件
血液相对于可见光是不透明的。为了使用可见光在诸如跳动着的心脏或脑的充血环境(blood-filled environment)中成像，可以将血液从成像装置与正在被成像的组织之间的空间排出。光学窗是在诸如相机或光纤的成像装置相机与组织之间建立光学透明的路径的装置。这里所述的光学窗是由实心的透明聚合物形成的装置，该光学窗具有能够顺应组织的局部解剖学结构(topology)的远端面，由此将血液从远端面与组织之间的界面排出。结果，建立了用于对组织成像的光学清晰的路径。
参照图2，心脏镜200的光学窗110是由诸如聚合物(例如，硅酮、硅橡胶、诸如丙烯酸树脂或聚氨酯的可塑树脂或者其它聚合物)、玻璃、透明晶体的透明、适形的生物相容性材料或其它透明适形材料形成的实心窗。可以通过聚合物的厚度和组分以及加工聚合物的条件(诸如固化温度)来控制光学窗110的适形性。光学窗110的适形性有助于促进如以下说明的与不规则表面的接触和成像，并且还有助于防止对组织造成损伤。在图2的示例中，光学窗110用作光学窗110内的部件的结构支撑件。在一些示例中，光学窗包括分离的结构部件。光学窗110可以由折射率与冲洗流体的折射率相似或与供心脏镜200展开的环境相似的材料形成。在具体的示例中，光学窗110由折射率为大约1.4的在光学清晰的硅酮(QSil 216或QSil218 RTV-2硅橡胶，Quantum Silicones LLC，里士满，弗吉尼亚)形成。图2的示例示出了布置在心脏镜的远端处的光学窗110。如以下进一步说明的，光学窗110还可以布置于诸如神经内镜的其它外科装置。
在图2的示例中，相机112和诸如发光二极管(LED)或光纤的照明装置埋设在光学窗110的实心材料内。相机112可以是例如电荷耦合器件(CCD)相机(例如5mm直径的CCD相机)或互补金属氧化物半导体(CMOS)相机(例如1mm×1mm×1mm的CMOS摄像机(250×250像素，Naneye，Awaiba，Inc.，丰沙尔，马德拉，葡萄牙))。照明装置可以是发光二极管(LED)或光纤，诸如1.6mm×1.6mm的LED(Cree Inc.，杜罕，北卡罗莱纳)。相机112和照明装置可以借助于缆线202连接到控制电子设备或存储装置。相机112位于光学窗110内，使得光学窗110的远端面118的部分或全部落在相机112的视野内。相机可以具有大的焦深，以能够进行高分辨率成像。在一些示例中，相机112和照明装置插在形成于光学窗的光学通道中。在一些示例中，相机112是具有LED照明的位于例如1mm2芯片的片上相机。在一些示例中，相机112的透镜系统和照明装置被设计成无焦点，以便能够在大的景深上获得清晰的图像。
使用CMOS相机可以具有优点。例如，在CMOS传感器中，每个像素均具有其自身的电荷-电压转换，并且传感器通常还包括放大器、干扰校正和数字化电路，以便芯片输出数字化码(digital bit)。这降低了相机成本，同时提供了较快的读取、较低的功耗、较高的抗干扰度和较小的系统尺寸。
光学窗110的远端面118在压靠体腔中的充有不透明流体的组织(诸如跳动着的心脏或脑中的充血腔)时使血液排出，进而能够使插在工具通道120中的工具与组织(例如，心脏组织或脑组织)之间的相互作用可见。光学窗110的适形性允许光学窗110的远端面118顺应不规则表面，由此将血液从光学窗110的远端面118与组织之间有效地排出。例如，当使用仪器100修复瓣周漏时，光学窗100的远端面118可能会与位于瓣膜和周围心脏组织之间的接合处的不规则组织形态(irregular tissue topography)接触。光学窗的适形性允许光学窗110的远端面118顺应该不规则形态，由此促进了成像并能够精确地控制工具300。
工具通道120和冲洗通道130是形成在实心光学窗110中的长形孔。在一些示例中，归因于光学窗110的材料的适形性，当光学窗110为空的时，工具通道120和冲洗通道130各自塌陷，从而在光学窗110的实心材料中形成细的裂缝。细的裂缝仅最小限度地遮挡相机112的视野，使得相机能够在将工具插入工具通道120之前对视野中的所有组织成像。参照图3A和图3B，在示例中，通过在远端处具有光学窗的仪器来操纵鸡胸310。在将工具插入工具通道120之前(图3A)，工具通道120和冲洗通道130在由光学窗内的相机获取的图像中几乎不可见，在外观上仅为细线。当工具312插在工具通道120中时，工具出现在图像中(图3B)，由此会遮挡一部分视野。在一些示例中，在将工具插入工具通道120之前用生理盐水填充工具通道120。
在一些示例中，冲洗通道130的远端开口是自密封的，从而防止冲洗通道130的内部与心脏之间的诸如空气或血液的材料的交换。在一些示例中，工具通道120的远端开口在将工具插在工具通道120中时密封。在一些示例中，工具通道120、冲洗通道130或两者的远端开口处具有诸如硅酮密封件的密封件，用于密封通道120、130以防止材料交换。
可以通过冲洗通道130提供诸如生理盐水的液体。由于硅酮的折射率与水的折射率接近，所以填充硅酮制的光学窗110的冲洗通道130会使冲洗通道130和光学窗110具有大致相同的折射率，由此致使冲洗通道在由相机112获取的图像中几乎透明。
在一些示例中，可以使用生理盐水清除残留在光学窗110的远端面118与心脏组织之间的血液。当对诸如小梁组织的不平整表面进行操作时、或者当寻找位于瓣环与植入的瓣膜的框架之间的接合处的瓣周漏时，血液有时会残留在光学窗110的远端面118与心脏组织之间。当远端面118不与组织接触时，还可以通过冲洗通道130提供液体以暂时地排出位于光学窗110的远端面118前方的血液。可以注入一剂生理盐水，从而允许位于远端面118前方短的距离(诸如数毫米)的结构暂时可见并有助于促进安全、精确的导航和避开敏感结构。
光学窗110可以被完全密封，并且内部部件可以被完全包住，使得来自心脏的血液不会泄漏到通道120、130或相机112或其它光学部件中，使得心脏的环境不暴露于光学窗110中的气泡或非无菌部件。
工具通道120的远端部分204可以具有与工具的外径近似一致的直径，以实现围绕工具的例如以使进出工具通道120的血液和空气最小化的紧密密封。例如，工具通道120的远端部分204可以具有与工具300的直径一致的大约1mm、大约1.5mm、大约2mm、大约2.5mm的直径或其它直径。
光学窗110的适形性允许光学窗110变形以顺应插在工具通道120中的工具的形状或顺应光学部件的形状。
在一些示例中，工具通道120可以被构造成用作能够变形以指向期望的方向的转向机构。例如，工具通道120可以由两根预弯曲的同心弹性管形成。扭转内管能够使光学窗110的形状改变成由扭转管限定的形态。管的长度方向延伸对沿着其长度方向轴线的光学窗110提供了结构稳定性。
在一些示例中，工具通道120的近端部分206可以内衬有管208，诸如由例如不锈钢、硬质塑料或其它聚合物材料(诸如聚四氟乙烯(PTFE))的、能够减小工具通道120的表面与插在工具通道120中的工具之间的摩擦的生物相容性材料形成的刚性管，由此能够使用小的力精确地控制工具操作。例如，可以通过施加小的力精确地调节组织去除工具的切割深度。管208的内径可以等于或略大于工具通道120的远端部分204的直径。例如，管208可以具有大约1.5mm、大约2mm、大约2.5mm、大约3mm的内径或其它直径。在一些示例中，管208可以由适形性材料形成。
在具体的示例中，工具是如以下说明的具有2mm外径的组织去除工具，工具通道120的远端部分312具有1.9mm的直径，管208具有2.15mm的内径。
管208可以沿着工具通道120定位、位于光学窗110的远端面118的近端侧，使得管208不遮挡相机112的视野。例如，管208的远端可以位于距光学窗110的远端面118的距离为大约5mm、大约6mm、大约7mm、大约8mm、大约9mm、大约10mm、大约11mm、大约12mm、大约13mm、大约14mm、大约15mm或其它距离的位置。
在一些示例中，冲洗通道130的近端部分210可内衬有管212，诸如由例如不锈钢的生物相容性材料形成的刚性管。管212可以沿着冲洗通道130定位、位于光学窗110的远端面118的近端侧，使得管212不遮挡相机112的视野。冲洗通道130中的管212的远端可以位于比工具通道120中的管208的远端靠近光学窗110的远端面118的位置。例如，管212的远端可以位于距光学窗的远端面118的距离为大约3mm、大约4mm、大约5mm、大约6mm、大约7mm、大约8mm、大约9mm、大约10mm或其它距离的位置。在一些示例中，管可以由适形性材料形成。
图4-图7示出了心脏镜和光学窗的可选示例。参照图4，在心脏镜40中，光学窗42安装于直径为3mm的直管44。心脏镜40包括具有LED光源47和如图所示的视野48的片上相机46。工具通道49落在相机46的视野48内。如以下说明的，心脏镜40可以例如安装于导管的远端。参照图5，用于安装于导管的远端的心脏镜50包括限制片上相机54、LED光源55和工具通道56的位置和角度的结构部件52。结构部件52的外径可以为例如7mm，工具通道56的外径可以为3mm。工具通道56不遮挡相机54的视野58。
在图6的示例中，包括光学窗62的心脏镜60安装于结构部件64。结构部件64包括允许光学窗62的硅酮贯穿的孔66，由此使光学窗62在结构部件上稳定。相机69的视野68因管67放置在工具通道65的近端部分中而不被遮挡。在图7A至图7C中可以看出心脏镜60的组装。
在一些示例中，光学窗110通过模制形成。可以例如通过三维打印、注射成型、挤出或其它成型工艺建立包括工具通道120、冲洗通道130以及用于相机112和照明装置的中空部的光学窗110的模具(例如聚合物模具)。光学窗110的材料是例如硅酮或硅橡胶(例如，QSil 216或QSil 218，Quantum Silicones)等的透明且在光学上清晰的聚合物材料、将该材料铸入模具并使该材料固化。在一些示例中，光学窗110安装于可以例如通过三维打印、注射成型或其他工艺产生的结构部件。
光学窗的几何形状
光学窗110的几何形状能够使相机112对于组织实现大的视野，例如能够使组织在手术之前、手术之时和手术之后可见，并且能够使工具相对于组织的位置和深度在手术之前、手术之时和手术之后可见。另外，例如通过对工具与组织之间提供适当的接触角度，或者通过适应适用于给定手术的工具的进入角度(angle of approach)，光学窗110的几何形状可以促进工具的操作。在一些示例中，工具与组织的表面法线之间的接触角度小于90°、例如为大约45°。
光学窗110的几何形状可以取决于仪器100展开的位置、与仪器一起使用的工具的性质或两者。例如，组织去除工具的目标进入角度可以与导管的目标进入角度不同，并且可以为各工具设计具有实现适当进入角度的几何形状的专用的光学窗110。
光学窗110的几何形状可以取决于由照明源提供的光的波长。例如，光学窗的材料(例如，硅酮或硅橡胶)的和血液的折射率能够基于波长而变化。因而，光学窗110的几何形状相对于诸如可见光或红外光的光的波长可以是特定的，以便例如能够使相机112实现大的视野。因为血液相对于红外波长是透明的，所以即使存在血液，利用红外光成像也能够使位于光学窗的远端面前方的结构可见。例如，利用红外光成像能够允许使用者在避免接近心脏的敏感结构的同时导航导管穿过充血的心脏。
参照图8A，在一些示例中，光学窗110具有凸出的半球形远端面118a。半球形远端面118a能够促进在与组织接触期间将血液从远端面118a与组织之间的界面排出。通过将半球形远端面118a压入组织能够实现圆形的视野。另外，利用半球形远端面118a，工具300能够偏心地定位，例如以实现诸如大约45°的角度的小于90°的工具-组织接触角度。参照图8B，在一些示例中，光学窗110具有凹下的远端面118b，例如，远端面118b仅在单个轴线或多个轴线上具有表面曲率。在一些示例中，光学窗具有凹下的远端面(未示出)。
参照图8C，在一些示例中，光学窗110具有平坦的远端面118c。平坦的远端面118c在与组织的接触力低的情况下提供大的视野，并且能够在与组织接触时将血液从远端面118c的前方有效地疏散。平坦的远端面118c还能够使工具300位于相机112的视野内，并且允许工具300倾斜以实现期望的进入角度。
参照图8D，在一些示例中，光学窗110具有呈倾斜平面的远端面118d。倾斜的平面是法线相对于光学窗110的长度方向轴线以大于0°的角度布置的表面。倾斜的平坦远端表面118d在与组织的接触力低的情况下提供大的视野，并且能够在与组织接触时将血液从远端面118d的前方有效地疏散。倾斜的平坦远端面118d还能够使工具300位于相机112的视野内，并且允许工具300位于实现期望的进入角度的位置。另外，利用倾斜的平坦远端面118d，能够实现期望的工具-组织接触角度。在一些示例中，倾斜的平坦远端面118d可以倾斜成远端面118d的法线与光学窗110的长度方向轴线成在大约20°-25°之间的角度Φ、诸如成大约20°、大约21°、大约22°、大约23°、大约24°、大约25°的角度或其它角度。例如，基于心脏的目标区域中的解剖结构(anatomy)选择适当的角度Φ能够实现倾斜的平坦远端面118d与组织之间遍及整个目标区域地接触。
光学窗110的直径在光学窗110的远端侧区域304内可以从大直径d1渐缩到较小直径d2。大直径d1可以在例如大约1mm和大约20mm之间，或者在大约3mm和大约6mm之间，例如可以为大约3mm、大约4mm、大约5mm、大约6mm、大约7mm、大约8mm、大约9mm、大约10mm、大约11mm、大约12mm、大约13mm、大约14mm、大约15mm、大约16mm、大约17mm、大约18mm、大约19mm、大约20mm或其它直径。较小直径d2可以在例如大约2mm和大约15mm之间，例如可以为大约2mm、大约3mm、大约4mm、大约5mm、大约6mm、大约7mm、大约8mm、大约9mm、大约10mm、大约11mm、大约12mm、大约13mm、大约14mm、大约15mm或其它直径。光学窗110的具有恒定直径d1的近端侧区域306可以从远端侧区域304的端部延伸到光学窗112的近端。例如，光学窗110可以在光学窗110穿过心脏壁的位置处具有大直径d1。相机112能够位于大直径的近端侧区域306内，从而能够实现大的视野。光学窗110的远端处的较小直径允许光学窗110的远端面118在血液几乎不残留在组织与远端面110之间的情况下顺利地滑过组织。
在一些示例中，工具通道120位于光学窗110的中心。在一些示例中，工具通道120相对于光学窗110的中心错开。工具通道120可以与光学窗对齐，或者可以相对于光学窗110的长度方向轴线成角度地定位。例如，工具通道120的长度方向轴线与光学窗110的长度方向轴线之间的角度θ可以在大约0°和大约90°之间，例如可以为大约0°、大约5°、大约10°、大约15°、大约20°、大约25°、大约30°、大约35°、大约40°、大约45°、大约50°、大约55°、大约60°、大约65°、大约70°、大约75°、大约80°、大约85°、大约90°或其它角度。工具通道120可以相对于相机112成角度地定位，以例如能够使期望的视野可见。例如，相机112的长度方向轴线与工具通道120的长度方向轴线之间的角度α可以在大约0°和大约30°之间，例如可以为大约0°、大约5°、大约8°、大约10°、大约15°、大约20°、大约25°、大约30°或其它角度。工具通道120在光学窗110内的定位决定了工具300与组织之间的接触角度。工具与组织的表面法线之间的接触角β可以小于90°，例如可以为大约0°、大约10°、大约20°、大约30°、大约40°、大约45°、大约50°、大约60°、大约70°、大约80°、大约85°或其它角度。
工具通道120在光学窗110内的定位和定向可以取决于例如待插入工具通道120中的工具300的类型或尺寸、工具300意图操作的环境或其它因素。还可以选择工具通道120的放置，以实现工具300的远端侧前端在相机112的视野中的期望位置。在示例中，工具300是组织去除工具(以下进一步说明)，用于去除位于心脏瓣膜下方的角落中的组织，诸如用于去除位于肺动脉瓣膜下方的漏斗部(infundibulum)中的组织。为了使得工具300的远端侧前端能够到达窄的角落中，工具通道120可以在光学窗110中偏心地定位。另外，为了能够使组织切割手术可见并能够观察切割的深度，相机112和工具通道120可以相对于彼此成角度。
在图8D的具体示例中，工具300是组织去除工具。光学窗110的大直径d1为14mm。相机112转动6°且工具通道120转动2°，以在相机112与工具通道120之间实现8°的角度α。远端面118d的法线与光学窗110的长度方向轴线之间的角度Φ为22°。利用该几何形状，工具300与组织的表面法线之间的接触角度为20°，相机获得了7.5×10mm的视野。
参照图9A和图9B，在一些示例中，光学窗内可以定位有多个相机或多个工具通道，例如以便实现工具三角测量(tool triangulation)或多个相机视角。在图9A的示例中，光学窗110内定位有两个相机112a、112b，由此在光学窗110的远端面118的前方和光学窗110的侧方提供了宽阔的视野。在图9B的示例中，两条工具通道120a、120b形成为通过光学窗并且弯曲成插入穿过工具通道120a、120b的工具能够在单个外科手术部位处协同地工作。图9B的示例中的相机112定位并倾斜成各工具通道120a、120b的远端开口和插入穿过各工具通道120a、120b的工具的交汇点均落在相机112的视野内。
具有组织去除工具的心脏镜的使用
在一些示例中，插入穿过仪器100的光学窗110的工具通道120的工具是组织去除工具。组织去除工具能够用于从心脏的内部去除心脏组织，以治疗例如诸如肺动脉瓣狭窄的先天性心脏缺损。例如，参照图10，包括组织去除工具的仪器400能够插入穿过右心室404的游离壁402，并且能够用于去除位于肺动脉瓣408下方的流出道406中的称作漏斗部的区域中的多余组织。漏斗部中的多余组织的去除能够减轻从右心室进入肺动脉的瓣膜或流出道的堵塞，以治疗肺动脉瓣狭窄。光学窗能够使组织去除工具在与漏斗部中的组织接触之前和接触之时的定位可见，并且能够在通过组织去除工具去除多余组织时实时成像。
参照图11A-图11C，组织去除工具500的示例具有2mm的直径，但是具有其它尺寸的组织去除工具也是可能的。组织去除工具500包括通过集成轴承506附接的定子502和转子504。转子504例如通过激光焊接或其它附接技术附接到内转动管508。转动管由诸如图1所示的马达138的马达驱动。定子例如通过卡合连接或其它附接技术附接到静止外管510。如箭头512所示，使用真空泵(未示出)将组织碎屑抽出穿过转动管508的中空中心通道。为了避免组织去除工具500的堵塞并减少失血，可以通过转动管508的外表面与静止外管510的内表面之间的间隙514例如利用肝素生理盐水对切割界面提供灌洗。
该示例中的定子502包括两个切割窗516a、516b。当组织去除工具500被定向成使组织压靠切割窗516a、516b中的一者时，发生有效的组织去除。转子504的齿518与定子502的齿520啮合以将组织切下。通过转动管508的中空中心通道将碎屑输送离开切割界面。
通过使组织去除工具500的远端侧前端522以组织去除工具500的轴线与组织表面的平面之间成小于90°的角度滑过组织来操作组织去除工具500。例如，可以以与组织表面成45°的角度保持组织去除工具500。通过如上所述地将组织去除工具500插入光学窗110，能够控制组织去除工具500与组织表面之间的角度，从而实现期望的角度。
在组织去除期间，可以限制组织去除工具500每次经过组织时的切割深度，以避免组织被刨削(gouge)或组织去除工具500被损坏。心脏组织随着心博周期的运动因位置的不同而不同，但是可以达到一厘米。因此，简单地通过组织去除工具的刚性定位(rigidpositioning)，不能精确地控制切入心脏组织的深度。即使在组织不静止的情况下、诸如在跳动着的心脏中，将组织去除工具500整合到光学窗110中也能够精确地控制切割深度。光学窗110的远端面118用作深度控制装置，例如类似于木工镂铣机的底板。光学窗110的远端面118压靠组织，以在光学窗与组织之间建立稳定的接触。组织去除工具500的远端侧前端从光学窗110的远端面118延伸出特定且受控的量。即使在组织移动时、例如即使在心脏跳动时，光学窗110也维持与组织500连续接触，由此将切割深度保持在稳定的恒定值。例如，通过轻轻压入组织，能够在整个心博周期维持接触。接触力将随着心博周期而变化，但是接触力足够小以致不会造成任何损伤，部分原因是接触力遍及光学窗110的适形性表面地施加。如果工具是刚性的、诸如在仪器100的情况下，则使组织局部地固定不动。当在诸如导管的柔性仪器的远端侧前端处使用心脏镜时，使仪器随着心博周期而弯曲。
在一些示例中，可以在工具(例如组织去除工具500)上做出一个或多个标记，以使图像的观察者能够确定工具穿入组织的深度。
还参照图1，可以通过仪器100的把持部116中的触发器142控制组织去除工具500的远端侧前端522的伸出。为了实现几分之一毫米的工具伸出分辨率，触发器142可以以开-关的方式操作。当拉动触发器142时，组织去除工具500的远端侧前端522缩回到光学窗110中。当释放触发器142时，弹簧使组织去除工具的远端侧前端522伸出离散的距离。在一些示例中，可以例如数字地或机械地设定(诸如通过调节螺钉设定)每次释放触发器142时远端侧前端522前进的离散距离。触发器142可以具有足够的响应性，把持部116可以具有足够轻的重量，以允许使用者仅用一只手操作仪器100。一旦工具与组织之间建立了接触，触发器142就允许工具相对于仪器(例如仪器100)伸出。在一些示例中，释放触发器使工具伸出，拉动触发器使工具缩回。在一些示例中，释放触发器使工具缩回，拉动触发器使工具伸出。
在一些示例中，组织去除工具500可以使用金属MEMS(微机电系统)制造工艺来制造，在金属MEMS制造工艺中，通过光刻电沉积将诸如NiCo的结构金属和诸如铜的牺牲金属沉积成25μm厚的层。在一些示例中，把持部116可以通过模制、三维打印或其它制造工艺来制造。把持部116可以由轻质、刚性、生物相容性的塑料(诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)塑料)制成。在一些示例中，工具和光学窗被设计成是一次性的。在一些示例中，工具被设计成是消毒并再使用的，而仅光学窗是一次性的。在一些示例中，工具和光学窗均被设计成是消毒并再使用的。当光学窗的设计是光学窗的部件包在光学窗中，并且光学窗由诸如硅酮的具有高温度耐受性的材料形成时，能够容易对光学窗消毒。把持部可以被制成一次性或可再使用的。
参照图12，在使用具有组织去除工具的光学窗的手术的示例中，对心脏的右心室游离壁进行切口(600)。将在远端包括光学窗的仪器插入穿过切口(602)，并且经由来自光学窗中的相机的图像引导将该仪器导航到漏斗部(604)。例如，成像能够指示出光学窗的远端侧前端与目标组织的紧密性，并且能够指示出光学窗与目标组织之间何时接触。通过来自光学窗的成像引导仪器与目标位置处的组织在接触(606)。在定位期间，在必要时可以从冲洗口注入生理盐水(608)，以提供清晰的视图，诸如以在接触之前提供组织的解剖结构的临时视图，或者在接触之后清除所有残留的血液。
当光学窗位于目标组织上的期望位置时，使组织去除工具前进穿过光学窗的仪器通道(610)。尽管能够在光学窗定位之前使组织去除工具前进，但是组织去除工具将会部分地遮挡光学窗中的相机的视野，由此会使光学窗的定位更具挑战性。使组织去除工具进一步前进超过光学窗的远端面(612)、进入组织，将组织适当地去除(614)。通过光学窗的远端面与组织之间的接触控制组织去除工具在组织去除期间的切割深度，使得即使在心脏组织在整个心博周期移动时，组织去除工具的切割也维持在恒定深度。
当手术结束时，使组织去除工具以不遮住视野的方式退出光学窗(616)，并且如果期望的话可以获取手术后的组织的图像(618)。术后图像能够例如用于确认手术已经正确地完成、监测异常出血或用于其它目的。
具有导管的心脏镜的使用
心脏镜可以用于为各种基于导管的跳动心脏手术提供图像引导以及定位和深度控制，例如可以用于瓣膜修复或替换、心脏的两个心房之间的开口的闭合、组织去除、组织消融、各种诊断或治疗装置的放置或移除、活检，局部注射、诸如超声波、红外或光学相干断层扫描(OCT)成像的原位成像或者其它手术。光学窗的尺寸和几何形状可以基于装置的特性和手术指标而变化。例如，可以在直径为大约5mm-6mm的消融导管的远端侧前端处布置较大型的光学窗。
参照图13，在机器人导管92的远端侧前端处设置有心脏镜90，用于为了引导导管的导航和定位以及为了引导和控制插入穿过心脏镜90的工具通道的工具的操作而提供成像能力。
参照图14，在一些示例中，具有远端侧心脏镜152的导管150可以用于检测和修复心脏156中的诸如主动脉瓣周漏(PVL)的替换瓣膜154周围的泄漏。包括远端侧心脏镜152的导管150通过导引鞘(未示出)插入心脏156、穿过心尖地放置并导航穿过左心室和主动脉环的外周。心脏镜152的光学窗能够使导管的远端侧前端相对于瓣膜154的定位可见并能够使瓣膜154的可能的泄漏可见。对于各PVL，使线158穿过泄漏部，并且使诸如管或血管闭塞器等的闭塞器装置(未示出)沿着线158展开以修复PVL。远端侧心脏镜152能够使导管150精确地定位在泄漏区域处、能够使置换瓣膜和周围组织可见并能够使线和闭塞装置的放置可见和受控。由远端侧心脏镜152提供的可见和受控能够使PVL修复手术在跳动着的心脏中进行。
在一些示例中，如本文所述的心脏镜是能够展开的，以帮助识别PVL的位置。可以从光学窗的冲洗通道将远小于光学窗中的相机的视野的一剂生理盐水注入光学窗的远端面与组织之间的空间。如果不存在泄漏，则该剂生理盐水会在光学窗的远端面前方均匀地散开。然而，如果附近存在泄漏，则该剂生理盐水会快速且不均匀地从泄漏源分散。该剂生理盐水的分散能够可见，并且能够用于确定PVL的可能位置以及用于定性或定量地表征心脏中的血流模式。在一些示例中，可以从冲洗通道注入诸如亚甲蓝的一剂着色材料，以协助血流模式的可见化。
在另一示例中，导管150是消融导管，心脏镜152提供图像引导，使消融部位可见并控制导管前端的深度。
参照图15，在另一示例中，具有远端侧心脏镜162的导管160可以用于二尖瓣小叶164的图像引导式操纵。在图15的示例中，导管160是能够进行双手组织操纵的双手式机器人导管。在一些示例中，导管162可以是单分支导管。
参照图16A和图16B，在另一示例中，心脏镜200集成有二尖瓣夹32、组织抓取装置30或两者，以能够进行图像引导式瓣膜修复。在心脏瓣膜修复时，使用诸如组织抓取装置30的组织抓取装置抓取瓣叶，然后使组织抓取装置30沿着瓣叶移动到修复位置。在修复位置处，可以放置诸如二尖瓣夹32的夹子或可以插入缝合线，以修复瓣叶损伤。利用集成在组织抓取装置30中的心脏镜成像，能够使组织抓取装置30在瓣叶的定位可见，并且能够使组织抓取装置30精确地移动到修复位置。还可以使瓣叶损伤可见。集成在二尖瓣夹32中的心脏镜成像能够使二尖瓣夹32精确定位并随后能够对瓣叶的治疗过程进行可见监测，例如以观察抓取了多少组织和所抓取的是何组织。
参照图17，在一些示例中，光学窗110的远端面118可以标记有一个或多个基准标记70，基准标记70可以用于测量关于组织的距离，诸如PVL的直径、从组织抓取装置的前端到瓣叶的边缘的距离、被去除组织的区域的尺寸或其它相关距离。
在一些示例中，不使用基准标记。可以通过远端面对相机图像进行视野校准，并且可以在使用图像的手术之时或之后执行精确的尺寸测量。例如，可以将尺子或网格叠加在数字图像上以在视觉上执行测量，或者可以使用自动测量方法。诸如外科医生或分析师的操作者可以例如通过画线或使图像光栅化而手动或自动地处理图像，以在手术之时或之后记录信息。可以以诸如dicom格式的标准格式记录图像，以便于图像的后处理。
可选的光学窗结构
参照图18，可选的光学窗700包括透明、适形的中空聚合物球囊702，球囊702被弯曲成诸如半球形状。例如，球囊702可以由硅酮(例如，可购自NuSil Technology的硅酮)、硅橡胶或其它透明的适形的生物相容性聚合物形成。可以通过聚合物的厚度和组分以及加工聚合物的条件(诸如固化温度)来控制球囊702的适形性。球囊702的适形性允许球囊702顺应不规则表面，由此将血液从球囊702的外表面与组织之间有效地排出。球囊702的内部704填充有诸如生理盐水的清澈的生物相容性液体。
球囊702布置在诸如导管的装置703的远端处或仪器孔处。装置703包括诸如相机、片上相机、光纤706或照明装置的光学部件以及用于接收工具的工具通道710。如稍后说明的，工具通道710可以是诸如用金属丝编织件增强的聚酰亚胺管的结构上坚固的管，以如以下说明地支撑预弯曲管和线穿过的通道。在一些示例中，光学部件、工具通道710或两者可以例如使用医用级环氧树脂胶合到装置703的内部。对准盘705使球囊702连接到装置703，并且用作装置703的内部与球囊702的内部704之间的结构性和水密性连接件。对准盘705可以包括用于与工具通道710的远端和光纤706的远端匹配的孔。
当装置703的光学部件包括光纤时，可以包括例如透镜组件的光纤706的远端暴露于球囊702的填充有流体的内部704。在一些示例中，光纤706可以穿过用于提供光纤706与对准盘705之间的密封的一个或多个垫圈压嵌在对准盘705中的对应孔内。在一些示例中，光纤706的远端可以例如通过利用医用级环氧树脂的胶合而附接有套圈(未示出)。套圈可以利用紧固件而连接到对准盘705，以在光纤706与对准盘705之间提供在结构上坚固的连接。
装置703中的工具通道710不延伸进入球囊702的内部704。因而，在将工具或其它部件引入穿过过工具通道并进入球囊702的内部704之前，光纤706的视野不被遮挡。例如，基于球囊702相对于组织的目标区域的位置，可以将插入穿过工具通道710的工具或其它部件的转向到球囊702上的期望接触点。然后，可以使工具在接触点处刺穿球囊并从球囊702出来，与组织的目标区域接触。当工具稍后缩回到球囊702内时，球囊中的孔将因形成球囊702的聚合物的适形性而自密封。在刺穿球囊702或工具缩回之后，可以使用小流量的生理盐水或其它清澈的生物相容性液体将渗透到球囊702内部的所有血液冲出。在一些示例中，可以使工具在多个接触点中的每个接触点处刺穿球囊，当工具缩回时使每一个接触点处的孔密封。使工具在球囊702内转向并使工具在多个接触点处从球囊702出去的能力能够减少或消除球囊702沿着组织的滑动以实现工具与组织的目标区域之间的对准。例如，可以使工具在第一接触点处从球囊702出去，以在心脏内的第一位置处执行手术，然后使工具缩回到球囊702内并在第二位置处再次从球囊702出去，以在心脏内的位于附近的第二位置处执行手术。
在一些示例中，预弯曲转向管714可以用于在球囊702的内部引导工具，例如以实现与组织的目标区域的对准。管714可以是插入穿过装置703的工具通道710的薄壁金属或聚合物管，诸如NiTi或不锈钢管。管714的近端侧长度716是直的。管的远端侧长度718(例如，距远端5mm)是预弯曲的，诸如管的远端侧区域延伸超过对准盘705。当工具插入穿过管714时，工具将被沿着球囊702引导到管714的弯曲的远端侧长度718指向的位置。管714可以在工具通道710内转动以指向球囊702上的期望点。例如，图18示出了被弯曲成指向球囊702的中心附近的位置的管714。图18还示出了管714已经被转动成指向球囊702的边缘附近的位置的可选定向712。
在一些示例中，例如，为了在球囊702的内部内实现更精确的转向或更锐的弯曲，可以将诸如预弯曲引导线的引导线720插入管714中。引导线720可以更精确地控制插入穿过管714的工具将与球囊702所接触的点。例如，引导线720可以被定向成增大或减小管714的弯曲的远端侧长度718的离轴角度。一旦引导线720被适当地定位，可以沿着引导线720将工具传送到工具从球囊702出来的点处。
在一个示例中，当定位瓣膜周漏(PVL)时，可以将管714定向成沿PVL的大致方向指向，并且可以使用由相机706提供的图像引导使引导线720前进穿过管714并转向到PVL的特定位置。然后，可以使闭塞装置输送导管穿过管714并沿着线来闭合PVL。
参照图19，在一些示例中，通过将球囊702部分或全部地预切割出诸如十字准线图案80的图案，可以将密封件加入到球囊702中。十字准线图案80的存在可以增强工具在球囊702内转向到由十字准线图案80指定的一组离散点。十字准线80的线性切口可以是自密封的裂缝，当工具压靠该裂缝时，该裂缝敞开以允许工具穿过，当移除工具时，该裂缝重新密封。将球囊702预切割出十字准线图案80可以有助于解决引导线720或工具的硬度或前端几何形状不足以刺穿球囊702的情况。十字准线图案80还可以作为一组基准距离标记。
在一些示例中，例如可以使用射频(RF)消融线在球囊702上的期望点处生成小的初始孔，例如以有助于解决引导线720或工具的硬度或前端几何形状不足以刺穿球囊702的情况。在一些示例中，与导引鞘中的密封件类似，可以通过预切割出较大的交叉线来在球囊702中构造密封件，例如以有助于过大的工具刺穿球囊702。可以在本文所述的任意适形性光学窗中使用这些相同的刺穿和密封特征。
参照图20A-图20C，可选的光学窗750包括布置在诸如导管的装置的远端处或仪器孔处的可扩展球囊752。一旦装置被定位在手术部位处，可以例如通过用经由通道753提供的诸如生理盐水或其它清澈的、生物相容性液体的清澈液体填充球囊752的内部，使可扩展球囊752膨胀。在一些示例中，可扩展球囊752不与连续的液体流一起使用。
在光学上清晰的管760在可扩展球囊752内形成能够供外科手术工具插入穿过的工具通道。使用在光学上清晰的管限定工具通道防止了填充可扩展球囊752的液体进入工具通道。相机762和照明装置764位于可扩展球囊752内，使得可扩展球囊752的远端面765的部分或全部落在相机762的视野内。
在一些示例中，相机762能够在可扩展球囊752内移动。在一些情况下，如图20A所示，相机762可以位于可伸缩管766中，管766能够允许相机定位在缩回位置，以得到例如外科手术部位的整体视图，并且能够允许相机朝向可扩展球囊752的远端面765前进，以便能够对外科手术部位的特定区域进行高分辨率成像。在一些情况下，如图20B所示，相机762可以布置在诸如镍钛(NiTi)管的弯曲管768内，弯曲管768可以转动以能够使相机752对不同的区域成像。在一些示例中，照明装置764能够在可扩展球囊752内移动。在一些示例中，相机、照明装置或两者可以具有固定的位置。例如，可以将相机、照明装置或两者插入并密封在形成于可扩展球囊752内的光学通道中。
利用可扩展球囊752，能够减小装置的直径，由此允许装置使用在适合较小装置的应用中。例如，球囊752的沿着横截面A-A的外径可以小于大约6mm，诸如可以为大约4mm、大约4.5mm、大约5mm、大约5.5mm或其它直径。球囊的可扩展部分可以扩展成大于大约8mm的直径，诸如可以扩展成大约8mm、大约9mm、大约10mm或其它直径。参照图21，在该直径内，可扩展球囊可以具有能够装下多个通道和成像系统的尺寸。例如，在图21的示例中，可扩展球囊752具有能够装下相机762、三条通道770a、770b、770c以及用于照明的多根光纤771的尺寸。图21中给出了通道770a、770b、770c的尺寸的具体示例。更一般地，通道可以具有在大约1mm和大约3mm之间的内径，诸如可以为大约1mm、大约1.5mm、大约2mm、大约2.5mm、大约3mm或其它直径。可扩展球囊752可以由在光学上清晰的、柔性的生物相容性材料形成，诸如清晰的、低硬度热塑性聚氨酯。
与神经内镜一起使用的光学窗
在一些示例中，本文所述的光学窗可以与用于图像引导式神经外科手术的手持式神经内镜结合地使用。参照图22A和图22B，用于图像引导式神经外科手术的手持式多孔神经内镜850包括远端侧成像系统852(有时还称作远端侧孔)和侧向成像系统854(有时还称作侧向孔)。远端侧成像系统852包括在光学上清晰的窗858，窗858内布置有一个或多个相机860和一个或多个光源862。一个或多个通道形成为通过光学窗858。在图22A和图22B的示例中，单个工具通道864和两个冲洗通道866、868形成为通过光学窗858。侧向成像系统854也包括在光学上清晰的窗870，窗870内布置有一个或多个相机872和一个或多个光源874。一个或多个通道形成为通过光学窗870。在图22A和图22B的示例中，单个工具通道876形成为通过光学窗870。
远端侧成像系统852和侧向成像系统854分别能够对神经外科手术的部位成像，例如以在手术之前、手术之时或手术之后协助将工具导航到期望部位或使该部位可见。利用侧通道(例如，侧工具通道876或侧冲洗通道)和远端侧通道(例如，远端侧工具通道864或远端侧冲洗通道866、868)中的一者或两者的能力使同时访问多个外科手术部位或从不同角度访问取样外科手术部位的灵活性成为可能。在一些示例中，神经内镜850可以用于诸如胶体囊肿切除术联合隔口造口术的手术。在一些示例中，神经内镜850可以用于治疗多室性脑积水(multiloculated hydrocephalus)，其中侧工具通道876能够使难以通过远端侧工具通道864进行开窗的脑室粘附物(intraventricular adhesion)溶解。
包含多个光学窗能够进行多方向成像和工具展开。例如，侧向窗口可以是有用的，使得使用者能够避免为了访问外科手术部位而枢转神经内镜。在具体的手术中，可以使用侧向窗口以使仪器轴最少枢转的方式执行房隔造口术。在另一具体的示例中，可以使用侧向窗口实现通常不能通过前端孔容易访问的纤维间隔(fibrous septae)的多平面开窗。
光学窗858、870总体上具有如上所述的关于光学窗110的特征。光学窗858、870可以由实心透明材料形成，该实心透明材料具有能够顺应外科手术部位处的组织的局部解剖学结构的面，由此能够将血液从光学窗的面与外科手术部位处的组织之间的界面排出，并且能够建立用于对组织成像的在光学上清晰的路径。在一些示例中，光学窗858、870可以由诸如聚合物、玻璃、透明晶体或其它透明的适形性材料的透明、适形的生物相容性材料形成。光学窗858、870可以由折射率与脑脊液的为1.33的折射率类似的材料形成，以便减少失真。例如，光学窗可以由在光学上清晰的硅酮(QSil 216或QSil 218，Quantum Silicones)形成。
在一些示例中，远端侧光学窗858和侧向光学窗870可以具有不同的厚度，例如以便满足用于这两个位置的不同设计标准、以便对于不同的用途有效或出于其它原因。例如，侧向光学窗870可以被设计成与神经内镜850的外表面齐平，使得沿着外表面不存在突起，例如，侧向光学窗870可以具有大约1mm、大约2mm的厚度或其它厚度，并且可以被成型为与该表面齐平。远端侧光学窗858可以比侧向光学窗厚，例如远端侧光学窗858可以为大约3mm厚、大约4mm厚、大约5mm厚、大约6mm厚或其它厚度，以能够使插入工具通道864的工具可见或能够使光学窗858或工具与外科手术部位处的组织之间安全接触。
在图22A和图22B的示例中，各光学窗858、870均形成有穿过光学窗858、870的单个工具通道。在一些示例中，可以形成贯穿各光学窗的多个工具通道，诸如两个工具通道、三个工具通道、四个工具通道或其它数量的工具通道。多个工具通道例如对于涉及同时使用多个工具的复杂外科手术(例如，胶体囊肿剥离)是有用的。光学窗858、870可以包括一个或多个冲洗通道或者可以不包括冲洗通道。通道的尺寸可以全部相等，或者各通道可以具有不同的尺寸或构造。在一些示例中，单个工具通道可以分支成多个分支，例如形成为通过单个光学窗或通过不同光学窗的多个分支。当使用多个孔时，分支的工具通道可以节约截面积。
在各光学窗858、870中使用CMOS相机能够使神经内镜850比采用CCD相机或棒状透镜的神经内镜轻且小。例如，图22A和图22B的神经内镜可以具有小于大约100g的重量，诸如可以为40g、45g、50g、60g、70g、80g、90g、100g或其它重量。此外，包括在各光学窗858、870中的CMOS相机使神经内镜850的重量沿着神经内镜的长度大致均匀地分布，由此使神经内镜在外科手术期间容易操纵和稳定。
在一些示例中，这里所述的多孔神经内镜可以具有优点。例如，光学窗能够供使用者看见在工具从神经内镜出去之前以及在工具从神经内镜出去时工具位于何处，由此增强了安全性。即使在出血期间，光学窗也能够供使用者看见外科手术部位。血液是不透明的，但是如上所述，光学窗允许在光学窗与外科手术部位之间建立在光学上清晰的路径。在神经外科中，可以使用轻压和/或烧灼来使静脉出血停止。利用光学窗，使用者能够在视觉上探查出血源，并且能够在光学上看到该部位以对出血部位施加压力和/或烧灼。
在具体的示例中，脑室内出血可以是因内镜神经外科手术导致的致命并发症。通常通过局部温生理盐水灌洗、通过促进血管痉挛并由此止血来应对外科手术期间的脑室内部出血。这里所述的多孔神经内镜的远端侧光学窗能够在出血部位处展现出均匀的软接触，就像对正在出血的静脉和硬脑膜静脉窦应用的明胶海绵和棉球那样。由于在神经外科手术操作期间大多数脑室内止血是在无组织接触的情况下执行的，所以温生理盐水灌洗是控制最少出血的主要方法，而双极凝固则用于较大的出血部位。多孔神经内镜给予了在出血部位(尤其是静脉出血)处对病灶提供软接触压力的机会。
在一些示例中，神经内镜可以是MR(磁共振)兼容的，使得神经内镜能够使用在涉及内镜和MR引导的手术中。例如，在多室性脑积水的治疗中，MR成像可以显示脑室间隔和室周腔相对于最近池囊的范围和方向，以便能够对这些在光学上被遮挡的组织进行开窗，从而达到囊肿脑室池囊造口术(cysto-ventriculo-cisternostomy)的目的。利用多个内镜孔和MR兼容性的另一个潜在应用是室周病变的经室活检(transventricular biopsy)、切除或激光消融。由于与较耗时的术前计划和存在穿过脑主质的多条路径相比，标准的脑室访问简单且相对安全，所以该方法在治疗多病变方面是特别有利的。另外，内镜成像可以通过提供肿瘤边缘的光学成像来提高有效性，并且还可以通过使术中出血和基于工具的止血能够实时可见来提高安全性。
实施例
在以下实施例中对本发明进行进一步说明，这些实施例不限制本发明的记载在权利要求书中的范围。
以下示例证明了包括光学窗和用于从跳动的猪心脏的内部精确去除心内膜和心肌组织的组织去除工具的仪器的体外和体内用途。其它示例证明了包括多个光学窗的神经内镜的用途。
实施例1-离体搏动的心脏中的心脏镜配置
使用在当地屠宰场获得的猪心脏来进行在体外从心脏的内部去除心内膜和心肌组织。将猪心脏浸没在水槽中并且连接至允许左心室的恒定的增压和模拟的抽吸运动二者的搏动的泵系统，由此在体外心脏跳动环境中模拟体内条件。参照图9，将包括组织去除工具的仪器400穿过右心室404的游离壁402插入心脏，以去除在肺动脉瓣408下方的漏斗部406中的额外的组织。
参照图23的(a)和图23的(b)，为了能够评价组织去除的精度，使用防水的蓝色的笔在心脏的漏斗部802上标记直径为15mm的圆806。然后将包括组织去除工具的仪器800穿过心脏的右心室游离壁804中的切口插入。如图23B所示，使用荷包缝合808来密封仪器800周围的切口的开口。
将心内膜和心肌组织二者去除。心内膜组织为衬在心脏的内部的薄的、有弹性的层。心内膜组织易成为以可以堵塞组织去除工具的斑块脱落。心肌组织位于心内膜组织下方并且更容易切割为小片。基于使用心脏镜从多个心脏去除组织的结果，确定的是逐层组织去除为最快的组织去除技术，逐层组织去除还避免心脏镜中的组织去除工具的堵塞。
为了去除心内膜组织，将组织去除工具的切入深度设置为0.3mm并且将工具转动速度设定为1000rpm。这些设定导致心内膜的小片的产生，由此避免组织去除工具的堵塞。在将心内膜组织从期望的区域去除之后，将切入深度增加至0.8mm并且将工具转动速度降低至600rpm。这些设定导致快速的心肌组织去除的速度。
图23的(c)和图23的(d)分别示出了心内膜和心肌组织去除的区域810、812。由心脏镜提供的成像能力使外科医生能够将组织去除限制在由圆808标记的区域内。如图23的(c)和23的(d)所示的去除组织的时间为6分钟25秒。
实施例2-体内心脏镜配置
对65kg的猪进行体内实验。为了模拟针对瓣膜下狭窄进行的组织去除，在漏斗部的两个区域将组织去除，以扩大肺动脉瓣的流出道。参照图24，将猪置于体外循环中，并且在猪心脏的右心室游离壁902中作一个小的切口。包括组织去除工具的仪器900穿过切口插入并且使用荷包缝合将切口密封。
图25A-图25F示出了通过仪器的光学窗获得的跳动的心脏的体内图像。图25A描绘了在使心脏组织与仪器的光学窗接触之前的充血的心脏中的视图。如图25B所示，当仪器的光学窗靠近、但尚未与心脏壁接触时，从冲洗通道排出的生理盐水在光学窗的前方将血液冲走，暂时地提供相邻的心脏组织的清晰的视图。
为了去除心内膜组织，将组织去除工具的切入深度设定为0.3mm并且将工具转动速度设置为1000rpm。图25C和图25D为在心内膜去除期间通过仪器的光学窗得到的图像。由光学窗提供的宽的视野有助于确定接触的区域并且在切割进程中提供详细的视觉反馈。在图25C和图25D中，虽然成像显示心内膜组织10保持在光学窗的视野的左上，但是该心内膜组织10已经从右下区域12去除。
在将心内膜组织从期望的区域去除之后，将切入深度增加至0.8mm并且将工具转动速度降低至600rpm用于心肌组织的去除。图25E和图25F为在心肌去除期间通过光学窗得到的图像。图25F的图像表明心肌的区域14在去除期间具有破碎的倾向。
组织去除总时间为3分钟23秒并且动物良好地耐受手术。在手术之后，将动物处死并且检查心脏。参照图26A-图26C，将心脏切开以使肺动脉瓣的流出道可见。图26A示出了肺动脉瓣20、三尖瓣22和室间隔24。可以看见去除了组织的流出道中的两个区域26、28。图26B和图26C分别示出了区域26、28的近摄视图。组织去除的两个区域26、28分别测量为16mm×10mm和20mm×7mm，并且深度变化到6mm。
在组织去除手术期间监测组织去除工具的冲洗和吸出。肝素化生理盐水的总冲洗体积为210mL并且吸出的液体的体积为130mL。将血液样品与吸出的液体相比较的血细胞球量试验表明仅8mL的吸出的液体为血液，其余为冲洗液。这些结果表明光学窗在防止血液被组织去除工具吸出方面是有效的。
为了评价组织碎片的滞留，使用40微米的细胞滤器(BD FalconTM，FranklinLakes，NJ)过滤吸出的液体。在显微镜下检查碎片并且称量。组织碎片中的最大的片小于3mm长。总的碎片的重量小于39mg，表明大量的碎片逸入血流中。碎片进入血流中的损失可以通过在组织去除手术期间在肺动脉中插入栓塞过滤器来补救。
参照图27，在另一体内示例中，通过手术将置换主动脉瓣650安装在猪的心脏中。将四个基准标记物652定位在瓣膜的底部上用于术中引导。将两个金属环654整合至瓣膜650中从而在植入时造成瓣周漏。在猪心脏跳动的同时，将安装在同心管机器人导管的远端侧前端的心脏镜从心尖插入左心室。使用心脏镜从心室取得瓣膜650的图像。特别地，使用心脏镜来获得基准标记物652中的两个基准标记物652、环654中的一个环654和由猪心包制成的人工生物小叶656的图像。
实施例3–多孔神经内镜测试
测试具有设计用于在远端处的组织切除和通过侧部孔的电烙术的远端侧光学窗和侧向光学窗的多孔神经内镜的成像能力，并且与临床上使用的刚性和柔性神经内镜的成像能力比较。参照图28A-图28D，神经内镜450包括直的外径为7mm的150mm长的塑料管和位于塑料管的近端侧的人体工程学手柄。神经内镜450的远端包括远端侧光学窗456，远端侧光学窗456具有靠近容纳在光学窗456中的相机464的视野的角落定位的三个直径为1mm的通道458、460、462。照明由远端侧LED466提供。这三个通道458、460、462分别用于工具、冲洗和吸出。侧向光学窗包括单个曲率半径为7mm的1mm的通道468，通道468的尺寸可以递送Bugbee线以进行用于透明隔膜的开窗术的单极烧灼术。侧向光学窗468容纳侧部相机470和侧部LED472。所有通道均衬有外径为1.2mm的透明的聚酰亚胺管。远端侧相机464和侧部相机470二者均为1mm×1mm×1mmCMOS摄像机(250×250像素，NanEye，Awaiba,Inc.)，并且远侧LED和侧部LED二者均为1.6mm×1.6mm装置(Cree Inc.，Durham，NC)。
通过远端侧光学窗和侧向光学窗二者在多个临床相关的间隔距离(接触、5mm、10mm、15mm和20mm)处进行测试目标的成像。还使用临床上使用的直杆状透镜和柔性神经内镜进行成像。“USAF3-bar分辨力测试目标”(1951)在成像测试中用作标准参照。使用1200dpi的打印机在白纸上打印目标。
参照图29，在神经内镜与成像目标之间的各种间隔距离处使用具有远端侧光学窗和侧向光学窗的多孔神经内镜(有时称为多孔神经内窥镜)和临床上使用的刚性和柔性神经内镜得到图像。由于基于纤维的神经内镜通常在轻微的散焦的情况下使用来避免各纤维的边界的可见，图30提供两种类型的图像用于比较。行(a)和(b)分别包括通过柔性神经内镜得到的清晰的和模糊的图像。行(c)和(d)分别包括通过多孔神经内镜的远端侧光学窗和侧向光学窗得到的图像。行(3)包括通过刚性透镜直临床内镜(rigid lens straightclinical endoscope)得到的图像。在与成像目标接触的情况下，仅多孔神经内镜提供成像目标的清晰的、聚焦的视图。对于所有非接触距离，多孔内镜的图像品质介于刚性镜的图像品质与柔性镜的图像品质之间。
通过测试扫描仪内部的神经内镜来评价多孔神经内镜的MRI(磁共振成像)兼容性。MR兼容性测试包括三个构成：在将神经内镜引入MR扫描仪的孔并在MR扫描仪的孔的内部并操作时测试危险的磁力或磁力矩；确定在周围组织中由神经内镜产生的任何MR伪影的尺寸；以及确保在MR扫描仪内部的神经内镜中的相机的正常操作。这些测试证明了获得与多孔神经内镜相邻的组织的MR图像和流化来自MR扫描仪内的神经内镜的视频图像的能力。
对于MR兼容性测试，将多孔神经内镜手动地插入MR扫描仪(Skyra 3T,Siemens)的孔并且移动贯穿孔的内部。对新近处死的成年雌性约克夏猪(家猪)进行头部MRI。在评价脑解剖结构之后，通过预先定位的钻孔将内镜穿过颅骨推入在扫描仪孔内部的侧脑室中。MR图像使用包括T2加权的FLAIR的神经外科成像序列来获得。分别地，在有和没有同步MR脉冲序列执行的情况下，使用测试目标获得内镜视频序列，以在扫描期间更容易检测图像品质的任何变化。
当将多孔神经内镜插入MR扫描仪的孔并且手动地移动时，没有感知到磁力，并且来自神经内镜的视频流不受放置在孔内部影响。当在视频成流期间执行脉冲序列时，脉冲的射频(RF)部分有时干扰视频成流。有人认为存在干扰是因为神经内镜的相机不是RF屏蔽的。记录在猪脑内部神经内镜的图像并且在图30中示出。神经内镜在这些图像中作为空位出现。虽然MR图像中的仪器的伪影通常大于仪器本身，但是神经内镜伪影的尺寸对应于神经内镜的实际尺寸。
为了评价多孔神经内镜在多孔手术的情况下的能力，在尸体头部中进行联合的胶体囊肿切除术和房隔造口术。在人尸体颅骨上创建额部钻孔和交叉硬脊膜切开术(cruciate durotomy)之后，将充塞物(obturator)引入薄壁组织，从而在血液存在的情况下评价成像。腔充血并且引入多孔神经内镜。为了确定神经内镜的远端侧光学窗和侧向光学窗在与组织接触期间是否能够使组织可见，将神经内镜缓慢地推入直至远端侧光学窗与组织之间形成接触。
考虑到固定的萎缩的尸体脑室解剖结构，进行4个钻孔的穿颅术，从而在左室间孔处穿过胼胝体植入人造的胶体囊肿。为了制作胶体囊肿模型，在为了发白的颜色而添加奶酪奶油之前，将0.05％超纯琼脂糖(Life Technologies，CA)通过在微波炉中煮沸而溶解在1X PBS中并且冷却至45℃。立即地，将整个混合物倒入拉伸的石蜡膜(Neenah，WI，USA)中，从而模拟具有可以被容易地吸出的发白的粘性内容物的胶体囊肿。使用在直视下通过多孔神经内镜的侧向光学窗的工具通道插入的Bugbee线在尸体头部内部进行房隔造口术。脑室中的分散的尸体碎片遮挡标准内镜和多孔神经内镜二者的视图。因此，使模型试验床在清澈的充满生理盐水的容器中而在胶体囊肿模型上进行切割、抽吸和冲洗。
多孔神经内镜在与组织接触时使组织可见的能力在图31A和图31B中示出。与标准镜一样，在充血的腔中看不到任何东西(图31A)。然而，一旦与组织软接触，硅酮光学窗排出相机前方的血液，使清晰的可视成为可能(图31B)。
在模型试验床中证明使用多孔神经内镜的胶体囊肿的开窗术和吸出。在胶体囊肿模型上的切割、抽吸和冲洗的经典的技能组合的内镜前端视图在图32A-图32F中示出，该视图由容纳在多孔神经内镜的远端侧光学窗中的相机捕获。特别地，图32A为在远端侧硅酮光学窗中形成的两个通道的图像。图32B和图32C为用于保持胶囊的内镜抓取器的图像。图32D和图32E为抽吸和冲洗的图像，并且图32F为在将囊肿内容物从囊中排空之后的图像。
参考图33A-图33E，在维持在室间孔处靠近胶体囊肿模型的稳定的前场的视野的同时，多孔神经内镜的侧向孔用于在尸体头部内部进行房隔造口术。图33A示出了胶体囊肿模型的膜性囊的由远端侧光学窗得到的近摄视图。图33B-图33E为如下的顺序的房隔造口术步骤的图像：将神经内镜的侧向孔朝向隔膜推进、使Bugbee线穿过侧向光学窗的通道(图33C)、引燃凝固探针来使隔膜凝固(图33D)。图33E为房隔造口术孔的图像。
其它实施方式
应该理解，虽然已经结合本发明的详细说明说明了本发明，但是前述说明旨在举例说明而非限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书的范围限定。其它方面、优点和变型在以上权利要求书的范围内。

Claims (36)

1.一种用于执行外科手术的装置，所述装置包括：
实心光学窗，其由透明的适形性材料形成，其中所述实心光学窗包括近端侧和远端侧，所述实心光学窗的远端面被构造成在外科手术期间接近组织；
成像系统，其埋设在所述实心光学窗中并被定位成通过所述实心光学窗的远端面的至少一部分获得图像；以及
工具通道，其从所述实心光学窗的近端侧向远端侧贯穿所述实心光学窗地形成，其中所述工具通道被构造成接收用于执行所述外科手术的工具。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述实心光学窗由聚合物形成。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述实心光学窗由硅酮或硅橡胶形成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述实心光学窗的远端面是平坦的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述实心光学窗的远端面的法线相对于所述实心光学窗的长度方向轴线成大于0°的角度地布置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述成像系统包括一个或多个相机或者一根或多根光纤。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述成像系统包括一个或多个照明装置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，当所述工具通道中不存在工具时，所述工具通道被密封。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，当所述工具通道中不存在工具时，所述工具通道坍塌闭合。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述工具通道相对于所述实心光学窗的中心轴线侧向地错开。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述工具通道的长度方向轴线相对于所述实心光学窗的长度方向轴线成0°和90°之间的角度地布置。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述工具通道的长度方向轴线相对于所述成像系统的远端部分的长度方向轴线成大于0°的角度地布置。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括布置在所述工具通道的近端部分中的管。
14.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述外科手术包括心脏内手术，所述实心光学窗的远端面被构造成能够与心脏组织接触。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置安装或集成于导管的远端。
16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述外科手术包括神经外科手术，所述实心光学窗的远端面被构造成能够与脑组织接触。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置安装或集成于神经内镜的远端。
18.根据权利要求16或17所述的装置，其特征在于，所述装置安装或集成于神经内镜的侧表面。
19.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括冲洗通道，所述冲洗通道从所述实心光学窗的近端面到所述实心光学窗的远端面贯穿所述实心光学窗地形成。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述装置还包括布置在所述冲洗通道的近端部分中的管。
21.根据权利要求19或20所述的装置，其特征在于，当所述冲洗通道中不存在液体时，所述冲洗通道被密封。
22.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括贯穿所述实心光学窗地形成的多个工具通道。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述多个工具通道中的第一个工具通道的长度方向轴线相对于所述多个工具通道中的第二个工具通道的长度方向轴线成大于0°的角度地布置。
24.根据权利要求22或23所述的装置，其特征在于，所述成像系统被定位成获得所述多个工具通道中的一个或多个工具通道的远端开口的图像。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的装置，其特征在于，所述多个工具通道被定位成使由所述多个工具通道接收的所述工具对准外科手术部位，所述成像系统被定位成获得对准所述外科手术部位的所述工具的图像。
26.一种用于执行外科手术的方法，所述方法包括：
将仪器插入患者，所述仪器在所述仪器的远端处包括实心光学窗，所述实心光学窗由透明的适形性材料形成；
使所述实心光学窗的远端面接近所述患者的组织；
将工具插入穿过所述实心光学窗中的工具通道，所述工具通道从所述实心光学窗的近端侧向远端侧贯穿所述实心光学窗地形成；以及
通过所述实心光学窗的远端面的至少一部分获得所述组织、所述工具或两者的图像。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用所述工具执行跳动心脏的心脏内手术。
28.根据权利要求26或27所述的方法，其特征在于，使所述实心光学窗的远端面接近所述患者的组织包括使所述实心光学窗的远端面与所述组织接触。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用所述工具执行神经外科手术。
30.根据权利要求26至29中任一项所述的方法，其特征在于，获得图像包括在使所述实心光学窗的远端面与所述组织接触之前获得所述组织的图像。
31.根据权利要求26至30中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括控制所述工具穿入所述组织的深度。
32.根据权利要求26至31中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括控制所述工具与所述组织之间的角度。
33.一种用于执行外科手术的装置，所述装置包括：
中空光学窗，其由透明的适形性材料形成，其中所述中空光学窗被构造成填充有生理盐水，所述实心光学窗的远端面被构造成在外科手术期间接近组织，所述中空光学窗布置于仪器的远端；
成像系统，其位于所述仪器中并被定位成通过所述中空光学窗的远端面的至少一部分获得图像；以及
工具通道，其贯穿所述仪器地形成，其中所述工具通道被构造成接收用于执行所述外科手术的工具，
其中，所述中空光学窗被构造成允许所述工具穿过所述中空光学窗执行所述外科手术。
34.根据权利要求33所述的装置，其特征在于，所述工具穿过所述窗的位置能够被调整。
35.根据权利要求33或34所述的装置，其特征在于，所述成像系统在所述仪器中的位置能够被调整。
36.根据权利要求33至35中任一项所述的装置，其特征在于，所述中空光学窗被构造成在填充有生理盐水时扩展。
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