CN111432709A - 成像系统和使用方法 - Google Patents

Abstract

成像仪器包括细长柔性轴、被置于细长柔性轴的远端处的照相机和被耦合到细长柔性轴的近端的外壳。仪器也包括在外壳内的发光二极管(LED)和热耗散系统，该热耗散系统与LED热连通以将LED产生的热转移远离外壳。

Description

成像系统和使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年12月19日提交的美国临时专利申请第62/607,769号的权益，该专利申请的全部内容以参考的方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及微创成像系统和使用方法。

背景技术

微创医疗技术旨在减少在医疗程序中损坏的组织量，从而减少患者恢复时间、不适度和有害副作用。这样的微创技术可以通过患者解剖结构中的自然孔口或者通过一个或更多个外科切口被执行。通过这些自然孔口或切口，操作者可以插入微创医疗工具以到达目标组织位置。微创医疗工具包括例如治疗、诊断、活组织检查和外科仪器的仪器。微创医疗工具也可以包括成像仪器，例如内窥镜仪器。成像仪器向用户提供患者解剖结构内的视野。一些微创医疗工具和成像仪器可以被远程操作或者以其他方式被计算机辅助。各种特征可以提高微创成像仪器的有效性，包括仪器定向提示、热耗散特征和泄漏测试特征。

发明内容

通过随附于说明书的权利要求最佳地总结了本发明的实施例。

根据一些实施例，成像仪器包括细长柔性轴、被置于细长柔性轴的远端处的照相机和被耦合到细长柔性轴的近端的外壳。仪器也包括在外壳内的发光二极管(LED)和热耗散系统，该热耗散系统与LED热连通以将LED产生的热转移远离外壳。

根据一些实施例，系统包括：包括壁的导管，该壁具有限定主要内腔的内表面；以及包括被构造成可滑动地插入到导管主要内腔内的细长柔性轴的装置。围绕细长柔性轴的外表面布置的结构。结构被构造成与包括内表面的一部分的多个平坦表面接合以便防止装置在主要内腔内旋转。

根据一些实施例，方法包括将装置插入到导管的主要内腔中。装置包括柔性轴和围绕柔性轴的外表面布置的第一结构。方法还包括使得导管的主要内腔的内壁的一部分的形状与围绕柔性轴的外表面布置的第一结构配合以防止柔性轴相对于导管的旋转。

应该理解的是，前述概述和下述具体实施方式实质上均是示例性和解释性的，并且旨在提供对本公开的理解而不限制本公开的范围。在此方面，从下述具体描述中，本公开的附加方面、特征和优点对本领域的技术人员来说将是显然的。

附图说明

图1是根据一些实施例的远程操作医疗系统的简化图。

图2A是根据一些实施例的医疗仪器系统的简化图。

图2B是根据一些实施例的具有延伸的医疗工具的医疗仪器的简化图。

图3示出根据一些实施例的成像系统。

图4A示出根据一些实施例的成像系统。

图4B示出图4A的成像耦合器。

图5示出根据一些实施例的成像系统的远侧尖端。

图6示出根据一些实施例的在成像系统和导管系统之间的接口。

图7A是根据一些实施例的成像系统的细长构件的横截面图。

图7B示出与图7A的细长构件一起使用的键合结构。

图7C示出图7B的键合结构的横截面图。

图8A是根据一些实施例的成像系统的细长构件的横截面图。

图8B示出与图8A的细长构件一起使用的键。

图8C示出图8B的键合结构的横截面图。

图9示出根据一些实施例的成像系统适配器的横截面图。

通过参考之后的具体实施方式最佳地理解本公开的实施例及其优点。应该意识到，类似附图标记被用于指代一个或更多个附图中所示的类似元件，其中在此示出的是用于图释本公开的实施例，而不是为了对其进行限制。

具体实施方式

在以下描述中，阐述具体细节来描述根据本公开的一些实施例。阐述了许多具体的细节，以便提供对实施例的全面的理解。然而，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实现一些实施例对本领域的技术人员来说是显然的。这里公开的具体实施例旨在是说明性的而不是限制性的。本领域的技术人员可以意识到其他元件(虽然没有在此被具体描述)可以在本公开的范围和精神内。此外，为了避免不必要的重复，关于一个实施例示出和描述的一个或更多个特征可以被结合到其他实施例中，除非另有具体描述或者如果所述一个或更多个特征将使得实施例不起作用。

在一些情况下，公知的方法、程序、部件和电路尚未被详细描述，以便不会不必要地使实施例的各方面难以理解。

本公开以其在三维空间中的状态描述了各种仪器和仪器的部分。如这里所用，术语“位置”指的是物体或物体的一部分在三维空间中的方位(例如，沿着笛卡尔x-、y-和z-坐标的三个平移自由度)。如这里所用，术语“取向”指的是物体或物体的一部分的旋转放置(三个旋转自由度，例如，滚动、俯仰和偏航)。如这里所用，术语“姿态”指的是物体或物体的一部分在至少一个平移自由度中的位置和该物体或物体的该部分在至少一个旋转自由度上的取向(高达总共六个自由度)。如这里所用，术语“形状”指的是沿着物体测量的一组姿态、位置或取向。

图1是根据一些实施例的远程操作医疗系统100的简化图。在一些实施例中，远程操作医疗系统100可以适合用在例如外科、诊断、治疗或者活组织检查程序中。虽然在此关于这些程序提供一些实施例，不过对医疗或外科仪器和医疗或外科方法的任意参考是不受限制的。这里描述的系统、仪器和方法可以被用于动物、人类尸体，动物尸体、人类或动物解剖结构的一部分、非手术诊断以及工业系统和通用机器人或远程操作系统。

如图1所示，医疗系统100大体包括操纵器组件102以用于在位于台T上的患者P上执行各种程序时操作医疗仪器104。操纵器组件102可以是远程操作、非远程操作或者混合型远程操作和非远程操作组件，其具有可以被机动化和/或远程操作的选择的运动自由度以及可以被非机动化和/或非远程操作的选择的运动自由度。主组件106大体包括用于控制操纵器组件102的一个或更多个控制装置。操纵器组件102支撑医疗仪器104并且可以可选地包括多个致动器或马达，其响应于来自控制系统112的命令而驱动在医疗仪器104上的输入。致动器可以可选地包括驱动系统，当被耦合到医疗仪器104时该驱动系统可以将医疗仪器104推进到自然的或外科产生的解剖孔口中。其他驱动系统可以使得医疗仪器104的远端以多个自由度运动，该多个自由度可以包括三个线性运动自由度(例如，沿着X、Y、Z笛卡尔轴线的线性运动)和三个旋转运动自由度(例如，绕X、Y、Z笛卡尔轴线的旋转)。另外，致动器能够被用于致动医疗仪器104的可铰接末端执行器以用于将组织抓持在活组织检查装置和/或类似件的钳爪中。致动器位置传感器例如解析器、编码器、电位计和其他机构可以向医疗系统100提供描述马达轴的旋转和取向的传感器数据。这个位置传感器数据可以被用于确定由致动器操作的物体的运动。

远程操作医疗系统100也包括显示系统110以用于显示由传感器系统108的子系统产生的外科部位和医疗仪器104的图像或呈现。显示系统110和主组件106可以被定向成使得操作者O能够以临场感控制医疗仪器104和主组件106。

在一些实施例中，医疗仪器104可以包括成像系统的部件(在下文更具体讨论)，其可以包括成像范围组件或者成像仪器，其记录外科部位的同时发生的或实时图像，并且通过医疗系统100的一个或更多个显示器(例如显示系统110的一个或更多个显示器)将图像提供给操作者或者操作者O。同时发生的图像可以例如是由被定位在外科部位内的成像仪器采集的二维或三维图像。在一些实施例中，成像系统包括内窥镜成像仪器部件，其可以被一体地或可移除地耦合到医疗仪器104。然而，在一些实施例中，被附接到单独的操纵器组件的单独的内窥镜可以被用于医疗仪器104来成像外科部位。在一些示例中，如下文更具体描述的，单独地或与医疗仪器104的其他部件组合的成像仪器可以包括一个或更多个机构以用于在一个或更多个透镜变得被成像仪器的远端遇到的流体和/或其他材料部分和/或完全阻挡时清洁成像仪器的所述一个或更多个透镜。在一些示例中，所述一个或更多个清洁机构可以可选地包括空气和/或其他气体递送系统，其可用于发射一股空气和/或其他气体以便将所述一个或更多个透镜吹干净。所述一个或更多个清洁机构的示例在如下文献中被更具体讨论：公开了“Systems and Methods for Cleaning an EndoscopicInstrument”(用于清洁内窥镜仪器的系统和方法)的2016年8月11日提交的国际申请号WO/2016/025465；公开了“Devices,Systems,and Methods Using Mating Catheter Tips andTools”(使用配合导管的装置、系统和方法)的2017年3月5日提交的美国专利申请号15/508,923；以及公开了“Systems and Methods for Cleaning an Endoscopic Instrument”(用于清洁内窥镜仪器的系统和方法)的2017年2月13日提交的美国专利申请号15/503,589，其中每个献以引用方式全文并入本文中。成像系统可以被实现为硬件、固件、软件或其组合，其与一个或更多个计算机处理器交互或以其他方式由一个或更多个计算机处理器执行，所述计算机处理器可以包括控制系统112的处理器。

远程操作医疗系统100也可以包括控制系统112。控制系统112包括至少一个存储器和至少一个计算机处理器(未示出)以用于实现在医疗仪器104、主组件106、传感器系统108和显示系统110之间的控制。控制系统112也包括经编程的指令(例如，存储指令的非瞬态机器可读介质)以执行根据公开的方面的方法的一些或全部，包括用于向显示系统110提供信息的指令。

控制系统112可以可选地进一步包括虚拟可视化系统以便在图像引导的外科程序期间在控制医疗仪器104时向操作者O提供导航辅助。使用虚拟可视化系统的虚拟导航可以基于对解剖通路的获得的术前或术中数据集参考。虚拟可视化系统通过使用成像技术来处理外科部位的图像，该成像技术例如是计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光透视、红外线显像、超声、光学相干断层扫描(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像、纳米管X射线成像和/或类似技术。

图2A是根据一些实施例的医疗仪器系统200的简化图。医疗仪器系统200包括被耦合到驱动单元204的细长装置202，例如柔性导管。细长装置202包括柔性主体216，其具有近端217和远端或尖端部分218。医疗仪器系统200进一步包括跟踪系统230以用于通过使用一个或更多个传感器和/或成像装置来确定远端218和/或一个或更多个节段224沿着柔性主体216的位置、取向、速率、速度、姿态和/或形状，如下文进一步描述的。

跟踪系统230可以可选地通过使用形状传感器222来跟踪远端218和/或一个或更多个节段224。形状传感器222可以可选地包括与柔性主体216对齐(例如，被提供在内部通道(未示出)内或者被安装在外部)的光纤。形状传感器222的光纤形成用于确定柔性主体216的形状的光纤弯曲传感器。在一种替代方案中，包括布拉格光纤光栅(FBG)的光纤被用于提供在一个或更多个维度上的结构中的应变测量。用于在三维上监视光纤的形状和相对位置的各种系统和方法在以下文献中被描述：美国专利申请号11/180,389(2005年7月13日提交)(公开了“Fiber optic position and shape sensing device and methodrelating thereto”(光纤位置和形状感测装置及相关方法))；美国专利申请号12/047,056(2004年7月16日提交)(公开了“Fiber-optic shape and relative position sensing”(光纤形状和相关位置感测))；以及美国专利号6,389,187(1998年6月17日提交)(公开了“Optical Fibre Bend Sensor”(光纤弯曲传感器))，其全部以引用方式全文并入本文中。传感器在一些实施例中可以使用其他适当的应变感测技术，例如瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射和荧光散射。在一些实施例中，细长装置的形状可以通过使用其他技术来确定。例如，柔性主体216的远端姿态的历史能够被用于重构一段时间间隔上的柔性主体216的形状。在一些实施例中，跟踪系统230可以可选地和/或另外地通过使用位置传感器系统220来跟踪远端218。位置传感器系统220可以是EM传感器系统的部件，其中位置传感器系统220包括一个或更多个导电绕组，所述绕组可以经历外部产生的电磁场。之后EM传感器系统的每个绕组产生感生的电信号，该电信号具有取决于绕组相对于外部产生的电磁场的位置和取向的特征。在一些实施例中，位置传感器系统220可以被构造且被定位成测量六个自由度(例如，三个位置坐标X、Y、Z和指示基点的俯仰、偏航和滚动的三个取向角度)或者五个自由度(例如三个位置坐标X、Y、Z和指示基点的俯仰和偏航的两个取向角度)。位置传感器系统的进一步描述被提供在美国专利号6,380,732(1999年8月11日提交)(公开了“Six-Degreeof Freedom Tracking System Having a Passive Transponder on the Object BeingTracked”(具有在被跟踪的物体上的无源应答器的六自由度跟踪系统))中，其以引用方式全文并入本文中。

柔性主体216包括大小和形状被制成接收医疗仪器226的通道221。图2B是根据一些实施例的医疗仪器226延伸出的柔性主体216的简化图。在一些实施例中，医疗仪器226可以被用于例如外科、活组织检查、消融、照明、冲洗或者抽吸的程序。医疗仪器226能够被部署通过柔性主体216的通道221并且被用在解剖结构内的目标位置处。医疗仪器226可以例如包括图像采集探针、活组织检查仪器、激光烧蚀纤维和/或其他外科、诊断或治疗工具。医疗仪器226可以与也在柔性主体216内的成像仪器(例如，图像采集探针)一起使用。成像仪器可以包括被耦合到照相机以用于传输采集的图像数据的线缆。在一些示例中，成像仪器可以是光纤束，例如纤维镜，其耦合到图像处理系统231。成像仪器可以是单光谱或多光谱，例如在可见光谱、红外光谱和/或紫外光谱中的一个或更多个中采集图像数据。医疗仪器226可以从通道221的开口前进以执行程序且之后当程序完成时缩回到通道中。医疗仪器226可以从柔性主体216的近端217或者从沿着柔性主体216的另一可选仪器端口(未示出)被移除。

柔性主体216也可以装纳在驱动单元204和远端218之间延伸以可控地使远端218弯曲的线缆、连杆或其他转向控件(未示出)，如例如通过远端218的虚线绘图219所示。在一些示例中，至少四条线缆被用于提供独立的“上-下”转向以控制远端218的俯仰和“左-右”转向以控制远端281的偏航。可转向细长装置被具体描述于美国专利申请号13/274,208(2011年10月14日提交)(公开了“Catheter with Removable Vision Probe”(带有可移动视觉探针的导管))，其以引用方式全文并入本文中。

来自跟踪系统230的信息可以被发送到导航系统232，在此其与来自图像处理系统231和/或术前获得的模型相结合以便向操作者提供实时位置信息。在一些示例中，实时位置信息可以被显示在图1的显示系统110上以用于控制医疗仪器系统200。在一些示例中，图1的控制系统116可以利用位置信息作为反馈来定位医疗仪器系统200。使用光纤传感器来配准(register)并显示带有外科图像的外科仪器的各种系统被提供在2011年5月13日提交的公开了“Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of anAnatomic Structure for Image-Guided Surgery”(提供用于图像引导的外科手术的解剖结构的模型的动态配准的医疗系统)的美国专利申请号13/107,562中，其以引用方式全文并入本文中。

在一些示例中，医疗仪器系统200可以在图1的医疗系统100中被远程操作。在一些实施例中，图1的操纵器组件102可以被更换成直接操作者控件。在一些示例中，直接操作者控件可以包括用于仪器的手持操作的各种手柄和操作者界面。

图3示出成像仪器400的示例，其可以通过导管(例如，细长装置202)被递送到解剖结构中。仪器400包括细长柔性轴402，其在远端处被耦合到刚性或半刚性管状部分404。细长柔性轴402可以包括长的中空管，其使用钢丝编织物被加固并被封装在能够通过回流工艺处理的塑料内。细长柔性轴402的近端被耦合到成像耦合器430，其也可以被称为视觉探针适配器。线缆432将成像耦合器430连接到成像系统适配器434。成像系统适配器434耦合到图像处理系统436(例如图像处理系统231)，如图6所示。流体系统适配器438被装管440耦合到成像耦合器430。流体系统适配器438耦合到可以被用于照相机清洁的流体递送系统442，如图6所示。在一种实施例中，流体递送系统包括泵和阀构成的系统，从而提供自动、半自动或者用户致动的照相机清洁。在替代性实施例中，流体递送系统包括手动操作的流体装置(例如注射器)，其被插入通过流体系统适配器438和装管440以进行照相机清洁。流体系统适配器438、装管440和/或成像耦合器430可以包括一组密封件或鲁尔激活的阀，以便提供向远端的流体流动并且防止流体从流体系统适配器泄漏。各种照相机清洁系统被公开于例如公开了“Systems and Methods for Cleaning an Endoscopic Instrument”(用于清洁内窥镜仪器的系统和方法)的于2016年2月18日公开的PCT申请WO2016/025465；公开了“Devices,Systems,and Methods Using Mating Catheter Tips and Tools”(使用配合的导管尖端和工具的装置、系统及方法)的于2016年3月17日公开的PCT申请WO2016/040128；以及公开了“Systems and Methods for Cleaning Endoscopic Instruments”(用于清洁内窥镜仪器的系统和方法)的美国临时申请62/585,922，其全部内容以引用方式全文并入本文中。键合结构444被耦合到细长柔性轴402。在一种实施例中，键合结构444可以沿着轴402的远侧部分布置，例如，接近轴的远侧可转向部分。

图4A和图4B示出了成像仪器450的替代性示例，其可以在结构和功能上基本类似于成像仪器400，除了下文所述。以类似于成像仪器400的方式，成像仪器450能够包括细长柔性轴452，其经由线缆456被耦合到成像系统适配器454并且经由装管460被耦合到流体系统适配器458。然而，在图3的实施例中，会难以清洁或消毒成像仪器400的部件，例如成像耦合器430、装管440和/或流体系统适配器438。因此，成像耦合器430可以是可移除的以便清洁、消毒或者丢弃和更换。替代性地，如图4A和图4B所示，成像仪器450可以包括成像耦合器470。成像耦合器470包括被耦合到线缆456的线缆适配器474。成像耦合器470也包括成像探针适配器，其包括主体476、连接头472、装管连接头478、装管460和流体系统适配器458，如下文所述。

成像耦合器470的远端能够包括连接头472，其允许线缆适配器474与医疗装置(例如柔性细长装置202)的快速且容易的可移除耦合，如下文更具体描述的。成像耦合器470能够以Y形方式被连接到装管460。流体系统适配器458、装管460和/或成像耦合器470可以包括一组密封件或鲁尔激活的阀，以便提供向远端的流体流动并且防止流体从流体系统适配器458泄漏。成像耦合器470的主体476能够通过使用螺纹附接、可移除压配合、磁性耦合和/或类似方式从线缆适配器474可拆卸。在一种实施例中，线缆适配器474和/或成像耦合器470可从成像仪器450移除，从而允许线缆适配器474或者成像耦合器470被单独地移除以进行清洁、消毒或者丢弃和更换成干净且/或无菌的部件。在一些实施例中，线缆适配器474或者成像探针适配器可以是单个使用部件。在替代性实施例中，装管460和流体系统适配器458可在装管连接头478处从主体476移除，从而允许装管460和流体系统适配器458额外地或者替代性地可移除以进行清洁、消毒、丢弃和更换。

图5示出了刚性管状部分404的远端图。刚性管状部分404包括远侧表面406，其包括开口408，该开口408可以是正方形、矩形或者适用于照相机410的其他形状。远侧表面406也包括内腔412，其可以是圆形的或者适于输送来自照明光纤414的光的其他形状。照相机410可以被粘结到开口408中并且纤维414可以被粘结到内腔412中。刚性管状部分404可以通过热结合被耦合到细长柔性轴402的远端，并且可以包括狭缝、凸缘或者熔融粘结材料可以被粘附且硬化以产生牢固热结合的其他物理特征。在替代性实施例中，可以使用粘结剂来进行结合。刚性管状部分404可以由比细长柔性轴更硬的金属或塑料形成。在一些实施例中，刚性管状部分的长度可以是近似8-9毫米，不过近似5-6毫米的较短长度可以特别适于导航陡的导管弯曲部并减少在导管的内表面上的磨损。用于维持患者解剖结构的清晰视野的各种系统包括在传感器410或者其他照相机清洁系统上使用疏水涂层。

图6示出了根据一些实施例将成像仪器400耦合到图像处理系统436和导管500(例如，细长装置202)的接口的示例。图像处理系统436(例如图像处理系统231)可以经由成像系统适配器434被耦合到成像仪器400，如图6所示。导管500可以在导管近侧部分处被耦合到能够包括导管端口420的导管外壳422。成像仪器400的柔性细长轴402能够首先延伸通过导管端口420中的端口内腔，之后通过导管500中的导管内腔直到成像耦合器430被固定地耦合到导管端口420。延伸通过导管500的细长柔性轴402可以通过输送动力、图像数据、指令信号等的布线432被通信地耦合到图像处理系统436的处理器。成像耦合器430也能够通过耦合器430和导管端口420将流体递送系统442耦合到导管500的近端。在替代性实施例中，如图4A和图4B所示，成像处理系统436可以经由线缆适配器474和成像耦合器470被耦合到成像仪器450。成像耦合器470可以包括接合和释放导管端口420的连接头472(例如快接键)。

图7A示出了根据一种实施例的导管500的横截面图。导管500包括导管主体502，其具有带外表面501和内表面503的壁，该内表面限定主要内腔或通道506。导管主体502能够包括沿着导管的长度纵向延伸的编织层504以提供额外强度。编织层504可以由各种金属(例如编织的不锈钢线)和/或聚合物材料形成。附加强化层可以围绕纵向延伸通过导管500的主要内腔506。多个次要内腔能够包括：内腔508，其延伸通过导管主体502以限定用于例如控制线的转向构件的通路；和内腔510，其延伸通过导管主体502以限定用于例如光纤形状传感器的传感器的通路。在图7A的实施例中，编织层504围绕通道508、510，但是在另一些实施例中一个或更多个编织层可以位于内表面503内且朝向内表面503。在这种实施例中，内表面503的一部分具有限定主要内腔的一部分的形状的轮廓，该形状具有三个平坦表面512和一个弯曲表面514，从而形成“面包片”形状。导管壁的内表面的剩余长度能够具有基本上圆形形状，从而限定沿着导管的剩余长度的基本圆形主要内腔。在替代性实施例中，导管的内表面的全部长度且因此主要内腔的全部长度可以包括图7A的轮廓。

图7B示出键合结构520，其被固定地耦合到细长柔性轴402，以便与导管500一起使用来维持细长柔性轴402相对于导管500的(绕纵轴线L)固定取向且更具体地维持照相机410相对于导管的固定取向。在这种实施例中，键合结构520包括与键部分524纵向间隔开的键部分522，其中两个键部分均被结合到轴402的外壁。两个键部分基本形状相同，但是冗余可能有助于提供更大的抗扭曲能力，并且在一个键部分松动并且不再能够执行保持轴相对于导管的取向的功能时会是有益的。在替代性实施例中，可以沿着细长柔性轴402的长度提供任意数量的键部分。在替代性实施例中，可以提供单个长键部分(未示出)以便提供轴402相对于导管500的所需滚动取向。长的单个键部分可以由非常柔性材料(例如低硬度聚合物材料)构成，其可以提供轴402的柔性，当操控导管500和轴402通过具有多个小弯曲部的蜿蜒解剖结构时该柔性会是理想的。在一些实施例中，低硬度聚合物会具有大的摩擦系数，这会引起在键部分和导管500的内表面503之间的拖拽。因此，在一些实施例中，沿着轴的长度间隔开的多个短长度的键部分将提供轴相对于导管的所需滚动取向、所需柔性和在键部分和导管500的内表面503之间的小摩擦。

图7C示出键部分524的横截面图，其构造可以与键部分522相同。键部分524可以是具有内壁526的聚合物或金属套筒构件，该内壁526对应于细长柔性轴402的外表面的轮廓。在这种实施例中，内壁526是大体圆形的，不过在替代性实施例中，内壁可以是U形的。键部分524的外轮廓528的大小和形状被制成(例如，滑动地)穿过导管500的主要内腔506同时接合具有图7A所示轮廓的内表面503的一部分，从而防止轴402和键部分524相对于导管轴向旋转。外轮廓528包括接合导管的内表面512、514以防止旋转的表面530。外轮廓528也包括凹入表面532，其从导管的内表面512、514偏移开并且形成通道，例如清洁流体的流体可以在导管和键部分524之间通过所述通道。在这种实施例中，轴可以相对于导管具有单个正确的插入取向。

在另一实施例中，图8A示出了导管550(例如，细长装置202)的横截面图，其在功能和结构上类似于图7A的导管500，除了限定主要内腔556的内表面553的一部分的形状。在这种实施例中，导管内表面553的一部分具有包括四个平坦表面562的轮廓，从而形成圆角或锥形边缘的正方形或矩形轮廓从而限定主要内腔556的形状。导管壁的内表面的剩余长度能够具有基本上圆形形状，从而沿着导管的剩余长度限定基本上圆形主要内腔。在替代性实施例中，导管的内表面的全部长度且因此主要内腔的全部长度可以包括图8A的轮廓。在替代性实施例中，平坦表面的数量可以更多，从而例如产生五边形、六边形或八边形轮廓。平坦表面(和对应的键形状)的选定形状和数量可以被选择成确保探针在使用期间不旋转并且能够被用于确定探针相对于导管的取向(或者有限数量的可能取向)。图7A的“面包片”形状提供了探针和导管的单一取向。虽然探针相对于导管的取向的唯一选择允许明确地确定取向，不过这会更加难以在安装期间进行设置。正方形键和对应导管内腔提供了四个不同取向，这意味着必须提供附加信息来确定探针相对导管的最初取向，不过具有4种不同的可能取向，因此安装能够更加容易。其他形状能够提供同样的权衡，即，更多的壁提供了更多的安装取向，以便于安装，但添加了更多的可能的相对取向。

图8B示出键合结构570，其被固定耦合到细长柔性轴402，以便与导管550一起使用来维持轴402相对于导管550(绕纵轴线L)的固定取向且更具体地维持照相机相对于导管的固定取向。在这种实施例中，键合结构570包括与键部分574纵向间隔开的键部分572，两个键部分均被结合到轴402的外壁。两个键部分基本形状相同，但是冗余可能有助于提供更大的抗扭曲能力，并且在一个键部分松动并且不再能够执行保持轴相对于导管的取向的功能时会是有益的。在替代性实施例中，可以提供单个长键部分(未示出)以便提供轴402相对于导管500的所需滚动取向。长的单个键部分可以由非常柔性材料(例如低硬度聚合物材料)构成，其可以提供轴402的柔性，当操控导管500和轴402通过具有多个小弯曲部的蜿蜒解剖结构时该柔性会是理想的。在一些实施例中，低硬度聚合物会具有大的摩擦系数，这会引起在键部分和导管500的内表面503之间的拖拽。因此，在一些实施例中，沿着轴的长度间隔开的多个短长度的键部分将提供轴相对于导管的所需滚动取向、所需柔性和在键部分和导管500的内表面503之间的小摩擦。

图8C示出了键部分574的横截面图。键部分574可以是具有内壁576的聚合物或金属套筒构件，该内壁576对应于细长柔性轴402的外表面的轮廓。在这种实施例中，键部分内壁576是大体圆形的，不过在替代性实施例中，内壁可以是U形的。键部分574的外轮廓578的大小和形状被制成(例如，滑动地)通过导管550的主要内腔556。在一些实施例中，键部分574的外轮廓578被构造成通过以图8A所示轮廓成形的主要内腔556的一部分以便防止轴402和键部分574相对于导管轴向旋转。外轮廓578包括接合导管的内表面553的一部分以防止旋转的表面580。具体地表面580可以接合内表面553的锥形边缘。外轮廓578包括凹入表面582，凹入表面582从导管的内表面562偏移开并且形成通道，流体(例如清洁流体)可以在导管和键部分574之间通过所述通道。在替代性实施例中，外轮廓578的接合表面580可以接合平坦表面562并沿其滑动。在这种实施例中，轴可以相对于导管具有四个正确的插入取向。

图9示出根据一些实施例的成像系统适配器434的示例的横截面图。成像系统适配器434与连接头600耦合，该连接头600可以是至图像处理系统436和/或远程操作的操纵器托架的接口。成像系统适配器434包括外壳602，其限定腔室604并且包括部件隔室606。部件隔室606装纳印刷电路板608，各种电气部件被附接到该印刷电路板608，各种电气部件包括例如发光二极管(LED)610的照明装置、存储装置、电源连接、电阻器、电容器、二极管和提供与成像系统的连接的其他电气部件。电气部件可以例如控制至LED的电流、读取和写入数据至存储芯片以及从照相机读取和将数据写入照相机。适配器434中的部件也可以提供被用于向成像系统和/或远程操作系统认证成像仪器400的确认信息。适配器434中的部件也可以包括使用计数器，其跟踪与成像仪器已经被使用的程序的数量有关的信息。

光纤612在远端处被耦合到轴402的尖端。光纤612的近端延伸到外壳602的腔室604中以便光学耦合LED 610。光学耦合器包括纤维支架614和套圈组件616。套圈组件可以包括三脚架来保持纤维支架614在LED 610上就位。套圈组件616可以与LED对齐，以致LED和纤维612对接耦合。在替代性实施例中，纤维和LED可以使用粘结剂被结合就位。各种光学部件可以被用于将光从LED引导向光纤612。适当的光学部件可以包括透镜或者滤波器。例如球透镜可以被用于收集来自LED的光并将其引导向光纤612。部件隔室606可以被密封以与腔室604隔离。

返回参考图4A、图5和图9，照相机410能够被结合到位于细长柔性轴452的远端附近的远侧表面406。电气线缆能够从照相机410延伸通过细长柔性轴452中的工作内腔(未示出)、通过线缆适配器474的空腔、终止于腔室604内的成像系统适配器454/434。工作内腔、线缆适配器474的空腔和腔室604能够沿着流体路径流体连通并且被密封以防泄漏到成像仪器450外部。因此，用于泄漏测试的端口能够沿着成像仪器450的流体路径被定位在任何位置。可以提供端口来增压闭合区域(例如腔室604、线缆适配器474的空腔或者线缆456或细长柔性轴452的内腔)并且针对泄漏进行测试，例如，如成像仪器400的成像仪器可以被浸没在流体中并且端口可以被用于使用空气冲洗成像仪器以致成像仪器的内衬中的任意泄漏都会由于空气作为流体中的气泡逸出而变得明显。

在一种示例中，成像系统适配器434能够包括泄漏测试端口(例如图9的泄漏测试端口618)，其能够被集成例如模制、胶粘或者以其他方式被固定地附接。在另一示例中，线缆适配器474能够包括泄漏测试端口618，其能够被集成例如模制、胶粘或者以其他方式被固定地附接，如图4A和图4B所示。

LED 610生成的热可以通过各种热耗散系统和技术被耗散或热传导。部件隔室606可以包括热衬垫，例如热转移衬垫620，其与连接头600中的热转移衬垫622交界。LED 610生成的热可以流动通过热转移衬垫620到热转移衬垫622中，并且可以在成像系统、远程操作操纵器托架或者连接头600所耦合的任何系统上被耗散。热转移衬垫620、622可以由铝块形成。热转移衬垫620可以使用散热脂被热耦合到LED 610和板608。热耗散系统也可以包括冷却系统624。冷却系统624可以包括例如翼片的被动冷却元件或者提供冷却流体流动的主动冷却元件。主动冷却元件可以包括：流体循环系统，其包括管、管道系统、泵和控件来使得流体冷却剂循环；风扇；散热器；或者多个冷却元件的组合。温度传感器626可以被定位在板608附近以监视温度。来自传感器626的测量温度可以被用于控制至LED 610的电流。例如，如果测量温度超过阈值，则可以减小至LED的电流。在包括冷却系统624的一些实施例中，热转移衬垫622可以被省略，且磁体或其他部件被用于产生与衬垫620的良好热接触。

连接头600可以使用偏置元件被偏置为与适配器434接触。例如，磁体628可以是一种类型的偏置元件，其将衬垫622、620拉在一起以促进直接热传递。替代性地，磁体可以在一侧上，并且例如钢塞子的一件铁磁材料在另一侧上。磁体可以永磁体或者电磁体。另一类型的偏置元件可以是一个或更多个弹簧加载的销630，其在适配器434上施加力，以促进热传递并将成像仪器400推向导管500的远端。

在各种替代性实施例中，可以使用多个照明装置，包括多个LED。多个LED可以被附贴到公共印刷电路板。在各种替代性实施例中，多个光纤可以在成像系统和照相机之间传输光和信息。例如，两条纤维可以并排耦合到单个LED。在各种实施例中，在光纤维612或者在纤维耦合部件中的松弛可以允许纤维在程序期间弯曲和拉伸。在各种实施例中，具有磷光涂层的蓝色LED可以被用于产生白色LED。在各种实施例中，与光纤一起使用的光学部件中的一个可以是偏光器以最小化热点。

在本发明的实施例中的一个或更多个元件可以被实现为软件以便在计算机系统的处理器(例如控制处理系统)上执行。当被实现为软件时，本发明的实施例的元件本质上是执行必要任务的代码段。程序或代码段能够被存储在处理器可读存储介质或者装置上，其可以通过在传输介质或通信链路上的载波中体现的计算机数据信号被下载。处理器可读存储装置可以包括能够存储信息的任何介质，包括光学介质、半导体介质和磁性介质。处理器可读存储装置示例包括电子电路；半导体装置、半导体存储装置、只读存储器(ROM)、闪存、可擦写可编程只读存储器(EPROM)；软盘、CD-ROM、光盘、硬盘或者其他存储装置。代码段可以经由计算机网络(例如因特网、专用网等等)被下载。

注意到提到的处理和显示可能与任何特定计算机或其他设备本身不相关。各种通用系统可以与根据本教导的程序一起使用，或者可以证明其便于构造更专用的设备来执行所描述的操作。各种此类系统所需的结构将作为权利要求中的要素出现。此外，不参考任意特定编程语言来描述本发明的实施例。将意识到各种编程语言可以被用于执行如这里所述的本发明的教导。

虽然本发明的某些示例性实施例已经在附图中描述和示出，但是应当理解，这些实施例仅仅是对广泛的本发明的说明而不是限制，并且本发明的实施例不限于所示出和描述的特定构造和设置，因为本领域技术人员可以进行各种其他修改。

Claims (32)

1.一种成像仪器包括：

细长柔性轴；

被置于所述细长柔性轴的远端处的照相机；

被耦合到所述细长柔性轴的近端的外壳；

在所述外壳内的发光二极管，即LED；和

热耗散系统，该热耗散系统与所述LED热连通以将所述LED产生的热转移远离所述外壳。

2.根据权利要求1所述的成像仪器，其中所述热耗散系统包括通过散热脂被热耦合到所述LED的第一热衬垫。

3.根据权利要求2所述的成像仪器，其中所述第一热衬垫与被耦合到操纵器组件的第二热衬垫交界。

4.根据权利要求3所述的成像仪器，进一步包括偏置元件，其被构造成施加力以便将所述第一热衬垫偏置成接触所述第二热衬垫。

5.根据权利要求1-4中的任意一项所述的成像仪器，其中所述偏置元件是永磁体。

6.根据权利要求1-4中的任意一项所述的成像仪器，其中所述外壳包括

腔室；

与所述腔室流体连通的泄漏测试端口。

7.根据权利要求1-4中的任意一项所述的成像仪器，其中所述外壳包括

用于将细长光纤光学耦合到所述LED的耦合器。

8.根据权利要求7所述的成像仪器，其中

所述细长光纤被耦合到所述照相机；

所述耦合器包括被构造成将纤维支架耦合到所述光纤的近端的套圈；并且

所述纤维支架与所述LED光学连通。

9.根据权利要求1-4中的任意一项所述的成像仪器，其中所述外壳包括被置于所述LED和细长光纤的近端之间的透镜，该细长光纤在远端处被耦合到所述照相机。

10.根据权利要求1-4中的任意一项所述的成像仪器，进一步包括所述外壳内的存储装置，所述存储装置被构造成存储认证信息或者使用计数信息。

11.根据权利要求1所述的成像仪器，其中所述热耗散系统包括用于使得流体冷却剂循环的管道系统。

12.根据权利要求1所述的成像仪器，其中所述热耗散系统包括风扇。

13.根据权利要求1所述的成像仪器，其中所述热耗散系统包括温度控制系统以用于监视所述LED附近的温度并且响应于监视的温度而控制至所述LED的电流。

14.根据权利要求1-4中的任意一项所述的成像仪器，其中所述细长柔性轴在远端处被耦合到刚性远侧管状部分。

15.根据权利要求14所述的成像仪器，其中所述照相机被结合到所述刚性远侧管状部分。

16.根据权利要求14所述的成像仪器，其中所述刚性远侧管状部分被热结合到所述细长柔性轴。

17.一种系统，包括：

包括壁的导管，该壁具有限定主要内腔的内表面；以及

装置，包括：

被构造成可滑动地插入到所述导管主要内腔内的细长柔性轴；以及

围绕所述细长柔性轴的外表面布置的结构，

其中所述结构被构造成接合包括所述内表面的一部分的多个平坦表面以便防止所述装置在所述主要内腔内的旋转。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述装置是成像装置。

19.根据权利要求17所述的系统，其中所述结构包括第一键部分和第二键部分，所述第二键部分沿着所述细长柔性轴的纵轴线与所述第一键部分间隔开。

20.根据权利要求17所述的系统，其中所述内表面的所述一部分包括至少三个平坦表面，并且所述结构的外轮廓包括两个不相邻表面，所述两个不相邻表面被构造成沿着所述内表面的所述一部分的所述至少三个平坦表面中的两个滑动。

21.根据权利要求20所述的系统，其中所述结构的所述外轮廓包括在所述两个不相邻表面之间的凹入表面，所述结构的所述外轮廓的所述凹入表面和所述导管的所述内表面形成流体通道。

22.根据权利要求17所述的系统，其中：

所述导管壁的所述内表面的所述一部分包括四个平坦表面并且；并且

所述结构的外轮廓包括至少四个表面，包括两个不相邻表面，其被构造成沿着内表面的所述一部分的所述四个平坦表面滑动并与其接合。

23.根据权利要求17所述的系统，其中：

所述内表面的所述一部分包括在至少三个平坦表面中的两个之间延伸的第一弯曲表面；并且

所述结构的外轮廓包括被设置在两个不相邻表面之间的第二弯曲表面。

24.根据权利要求17所述的系统，进一步包括：

成像耦合器，其被耦合到所述细长柔性轴以用于将所述装置耦合到所述导管，其中所述成像耦合器能够从所述细长柔性轴移除。

25.根据权利要求24所述的系统，其中所述成像耦合器在单次使用后可被丢弃。

26.根据权利要求24所述的系统，其中所述成像耦合器包括线缆适配器以用于将所述成像耦合器耦合到成像线缆。

27.根据权利要求26所述的系统，其中所述线缆适配器包括泄漏测试端口。

28.一种方法，包括：

将装置插入到导管的主要内腔中，所述装置包括柔性轴和围绕所述柔性轴的外表面布置的第一结构；并且

使得所述导管的所述主要内腔的内壁的一部分的形状与围绕所述柔性轴的所述外表面布置的所述第一结构配合以防止所述柔性轴相对于所述导管的旋转。

29.根据权利要求28所述的方法，其中使得所述形状配合包括使得所述第一结构的平坦表面沿着所述内壁的所述一部分的平坦表面滑动。

30.根据权利要求28所述的方法，其中插入所述装置包括插入所述装置通过所述主要内腔的纵向长度，其中所述纵向长度是长于所述第一结构的长度。

31.根据权利要求28所述的方法，进一步包括：

使得所述导管的所述主要内腔的所述内壁的所述一部分的形状与围绕所述柔性轴的所述外表面布置的第二结构配合以防止所述柔性轴相对于所述导管的旋转，其中所述第一结构和第二结构沿着所述柔性轴的纵向长度间隔开。

32.根据权利要求28所述的方法，进一步包括：

通过所述导管的所述主要内腔且在所述第一结构的表面和所述导管的所述主要内腔的所述内壁的所述一部分之间分配流体。

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