CN112107283A - 视频内窥镜和用于视频内窥镜的手柄 - Google Patents

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Abstract

视频内窥镜和用于视频内窥镜的手柄。视频内窥镜特别是医疗或工业视频内窥镜，其包括具有壳体和相对于壳体可旋转地安装的接口部的手柄以及具有一个或多个电子图像传感器的细长轴，其中轴的近端部分可拆卸地连接到手柄的接口部，接口部包括电连接到接口部的电气传输元件的第一连接器元件，轴包括电连接到一个或多个电子图像传感器的第二连接器元件，第一连接器元件和第二连接器元件协作以形成可拆卸的电气连接，手柄包括配置在接口部的外壳处的电气连接组件，在接口部相对于壳体的多个旋转位置中，电气连接组件形成与手柄的至少一个固定的电气和/或电子部件的电气连接。本发明还涉及用于视频内窥镜的手柄。

Description

视频内窥镜和用于视频内窥镜的手柄
技术领域
本发明涉及根据技术方案1的前序的视频内窥镜，优选地涉及根据技术方案1的前序的医疗视频内窥镜。本发明还涉及用于视频内窥镜的手柄。
背景技术
内窥镜典型地包括细长轴和手柄，该轴被构造成用于插入人体或动物体或要被内窥镜观察的另一个目标物的内腔中。细长轴可以是刚性的或柔性的。手柄被设计为在内窥镜检查过程中由使用者握持，并且可以具有用于控制内窥镜的各种功能的控制元件，其中手柄保持在腔体外部。内窥镜包括用于在身体或目标物的腔体中生成物场(object field)的图像的光学系统。在视频内窥镜中，生成的图像由电子图像传感器拍摄并显示在监视器上。根据视频内窥镜的广泛类型，电子图像传感器配置在轴的远(即远离使用者)端部分中，并且由图像传感器生成的图像信号朝向内窥镜的近(即接近使用者)端部分电传输，以将内窥镜图像显示在监视器上。
在内窥镜检查过程中，经常需要改变内窥镜的旋转方向。例如，已知斜视内窥镜，其具有偏离轴的纵向轴线的观察方向，并且通过调节轴的旋转方向而允许观察体腔内的不同物场。作为优选，例如由于人体工程学的原因，为了在轴的旋转过程中保持手柄的方向不变，内窥镜可以构造为使得轴相对于手柄可旋转，并且当斜视内窥镜的观察方向将要改变时，在具有传统杆状透镜系统的内窥镜中，图像方向不受轴的旋转的影响，其中图像由位于手柄中的非旋转图像传感器检测。
在将电子图像传感器固定地安装在轴中的视频内窥镜中，当轴旋转时，图像传感器将旋转，因此轴的旋转将引起监视器上显示的图像的旋转。监视器上显示的旋转图像使使用者在腔体内的导航更加困难，这可能导致内窥镜检查过程延长，并可能增加涉及医疗内窥镜介入的风险。因此，已知提供一种图像处理单元，该图像处理单元构造为用于使要被使用者观察的监视器上显示的图像竖立(erect)。
在US 2010/0125166 A1中，公开了一种侧视视频内窥镜，其具有刚性内窥镜管和设置在内窥镜轴的远端上的图像传感器。通过旋转配置在轴的近端上的轮，能够旋转图像。
根据涉及联接有可旋转联轴器的无线相机的EP 2428155 B1，提供了一种系统，该系统包括内窥镜和可拆卸相机头。内窥镜设置有应答器/收发器，并且可拆卸的相机头设置有相应的应答器/收发器，从而将电能从相机头传输到内窥镜。此外，经由CCD或CMOS装置由内窥镜生成的图像数据也可以从内窥镜无线传输至可拆卸相机头。
如US 8,187,171 B2中公开的，视频内窥镜包括具有纵向轴线的细长轴和在该轴的近端的手持件，该轴的远端设置有电子图像传感器。图像传感器经由沿着轴延伸的电气连接而连接到配置在手持件上的电气连接件。图像传感器和连接件能够围绕轴的纵向轴线相对于彼此旋转。该电气连接包括至少一个柔性的细长电路板，该电路板能够绕其纵向扭转并且具有至少一个导电线。
在US 9,907,457 B2中记载了一种内窥镜，该内窥镜在其插入轴的远端处具有可摇摄的相机，该可摇摄的相机组件可枢转以提供能够等于或大于180度的视场范围。内窥镜手柄的远端部分可以相对于内窥镜手柄的近端手持部分旋转，设置旋转编码器以将插入轴相对于手柄的旋转位置转换为信号，以通过电子处理器校正图像方向。
在上述类型的已知视频内窥镜中，已经证明在电子图像传感器和手柄之间的电能和/或信号的传输是不利的，特别是在效率和可靠性方面。此外，在内窥镜介入之前、期间和/或之后对视频内窥镜的处理以及为了易于导航而竖立图像已经显示为并非总是最佳的。而且，这种内窥镜通常不适合经受高压蒸汽，因此特别是不可高压灭菌。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种视频内窥镜，该视频内窥镜缓解了上述问题中的至少一个。特别地，本发明的目的是提供一种视频内窥镜，该视频内窥镜经常以使用者已经习惯的方式为使用者提供改善的操作和定向，同时确保高水平的操作安全性和耐久性。本发明的又一个目的是提供一种用于视频内窥镜的手柄。
通过根据方案1的视频内窥镜和通过根据方案16的手柄来实现这些目的。在从属方案中指出了本发明的有利实施方式。
根据本发明的视频内窥镜优选地被设计用于医疗应用，例如微创手术和/或医疗检查。因此，视频内窥镜的使用者典型地是进行内窥镜介入的外科医生。然而，本发明还可以应用于为非医疗目的而设计的视频内窥镜，例如工业内窥镜或管道镜。
根据本发明的视频内窥镜包括手柄，该手柄包括壳体以及相对于壳体可旋转地安装的接口部。壳体的尺寸和形状可以适于在内窥镜介入期间由使用者用一只手握持；手柄也可以包括例如由使用者握持的把手，该把手连接到壳体。优选地，手柄还具有用于控制内窥镜的各种功能的一个或多个控制元件，该控制元件配置成由使用者用保持手柄的同一只手的一个或多个手指来操作。手柄包括至少一个固定的电气和/或电子部件，该固定的电气和/或电子部件可以固定地安装到壳体并容纳在壳体中，并且不参与或者基本上不参与接口部相对于壳体的旋转。在下文中，所述至少一个固定的电气和/或电子部件被简要表示为“固定电子器件”，尽管应当理解，它可以仅由电缆和/或电引线和/或具有导电线的印刷电路板构成以提供与外部电源和控制系统的电气连接。然而，优选地，固定电子器件包括例如图像预处理电路的处理装置和/或用于向下述的图像传感器供应电能的供电单元。固定电子器件也可以包括控制元件和相应的电路。手柄可以具有用于电连接到外部电源和控制系统和/或监视器的端口。外部电源和控制系统例如可以包括图像处理单元、用于显示由图像传感器提供的内窥镜图像的监视器和/或电源。
接口部相对于壳体可旋转地安装，具有由其相对于壳体的旋转限定的旋转轴线。接口部具有外壳(exterior)，外壳可以是接口部的主体的外表面。特别地，接口部的外壳可以由接口部的相对于旋转轴线大致旋转对称的外表面形成。外壳可以是或者包括连续表面，或者可以是不连续的。接口部可以包括内部中空空间。接口部可以安装在壳体处或壳体内；特别地，接口部可以以使得其外壳的一部分形成手柄的外壳的一部分的方式安装在壳体的开口或部分开口的腔体中。然而，接口部的外壳的至少一部分可以被手柄的壳体封闭或包围。
根据本发明的视频内窥镜还包括细长轴，该细长轴被构造为用于插入到腔体内以进行内窥镜观察，特别是插入到人体或动物体的体腔中。轴可以由刚性管形成，因此视频内窥镜可以是刚性视频内窥镜；然而，本发明也可以涉及具有柔性轴的视频内窥镜。轴可以包括例如用于冲洗和/或工作器械的通道。轴包括电子图像传感器，该电子图像传感器配置为用于拍摄由物镜系统生成的物场的图像。物镜系统可以配置在轴的远端部分处或轴的远端部分中，使得图像在图像传感器的图像感测面上生成。物镜系统可以包括一个或多个透镜和其它光学元件，诸如孔径光阑或诸如滤光器、偏振器、延迟器或波片的板状元件。电子图像传感器可以是例如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。图像传感器被构造为将拍摄的图像转换为电图像信号。
在一些优选实施方式中，电子图像传感器配置在轴的远端部分中，并且诸如电缆或柔性印刷电路板的电线可以设置为贯穿轴，以对电子图像传感器供应电能和/或控制信号并且用于将图像信号传输到轴的近端部分。在本发明的替代实施方式中，图像传感器可以位于轴的近端部分中，并且由物镜系统收集的图像光可以从轴的远端部分传递到近端部分，其中图像传感器捕获传输到近端部分的图像。在这些实施方式中，光学图像传输系统包括例如通常用于将图像光从轴的远端部分传输到位于近端的图像传感器的杆透镜。当内窥镜轴的直径必须比可能具有位于远端的图像传感器的轴的直径窄时，这些实施方式是特别有利的。
根据本发明的视频内窥镜还可以包括位于远端或近端的多个图像传感器。双图像传感器对于执行立体内窥镜检查以允许生成3D图像是特别有利的。应当理解，本公开不仅涉及单个图像传感器，而且涉及多个图像传感器，例如两个、三个或甚至更多个图像传感器。
根据本发明，轴的近端部分可拆卸地连接到手柄的接口部。特别地，轴的近端连接到接口部。优选地，轴不可旋转地连接到接口部。因此，轴可与接口部一起相对于壳体旋转，并且因此可绕接口部的旋转轴线相对于壳体旋转。轴可以被构造为以使得轴的纵向轴线与接口部的旋转轴线基本对准的方式连接到接口部，并且因此轴可以与接口部一起绕其纵向轴线相对于壳体旋转；可替代地，轴可以被构造成以及被连接成使得轴的纵向轴线与接口部的旋转轴线形成角度。通过可拆卸地连接，轴能够容易地从接口部分离，并且特别地，能够在不需要工具的情况下拆卸，并且最优选地，在内窥镜介入期间或紧接内窥镜介入之前或之后，能够由使用者拆卸。
另外，根据本发明，接口部包括电连接到接口部的电气传输元件的第一连接器元件，并且轴包括电连接到电子图像传感器的第二连接器元件，第一连接器元件和第二连接器元件协作并连接以在接口部的电气传输元件与电子图像传感器之间形成可拆卸的电气连接。特别地，第一连接器元件和第二连接器元件被构造为用于将由电子图像传感器生成的电子图像信号传输到接口部的电气传输元件，并且用于将电能和/或控制信号从接口部的电气传输元件传输到配置在轴中的电子图像传感器。在这种意义上，第一连接器元件和第二连接器元件被构造为经由可拆卸的电气接口将接口部电连接至电子图像传感器。接口部的电气传输元件可以是例如具有导电线以传输电信号和/或能量的印刷电路板。接口部特别地被构造为不包括使用者可操作的控制元件和/或不包括电子元件；可替代地，接口部的电气传输元件可以包括例如图像预处理电路。
此外，根据本发明，手柄包括配置在接口部的外壳的电气连接组件，该电气连接组件在接口部相对于壳体的多个旋转位置中形成电气连接。该电气连接组件在可旋转接口部的电气传输元件与手柄的固定电子器件之间形成电气连接，当接口部旋转时，固定电子器件基本上不旋转。所述电气连接组件可以具有：第一端，其连接到或构造成接触外壳，例如连接到或接触所述接口部的外表面；以及第二端，其连接到手柄的固定电子器件，第一端和第二端彼此电连接。电气连接组件被构造成在接口部相对于壳体的各种旋转位置中保持电气连接。特别地，电气连接组件可以被构造成至少在给定的旋转位置范围内提供与接口部的旋转位置或对应旋转角度无关的电气连接。电气连接组件被构造成用于将电子图像信号从接口部的电气传输元件传输到手柄的固定电子器件，和/或用于将电能从手柄的固定电子器件传输到接口部的电气传输元件。
由于接口部可相对于手柄的壳体旋转，因此使用者能够相对于手柄的壳体旋转轴，从而例如在将手柄保持在固定方向的状态下调节内窥镜的观察方向。此外，通过可拆卸地连接至手柄的轴，促进构造内窥镜。此外，由于电气连接组件的配置，在接口部的多个旋转位置中形成电气连接，因此在轴的多个旋转位置中或者特别地在轴相对于手柄的壳体的任何方向中，至少在给定的旋转位置范围内，能够在手柄的固定电气和/或电子元件与电子图像传感器之间建立并保持电气连接。因此，使用者可以自由选择轴的合适方向，而不会实质性地妨碍图像传感器与配置在手柄或外部系统中的图像处理单元之间的电气连接，从而提供不间断的内窥镜观察。电气连接组件在可旋转的接口部的外壳处的配置允许节省空间的配置，并因此允许手柄的紧凑和人体工程学设计，并且还允许实现可靠且耐久的电气连接。因此，内窥镜允许更容易的处理和构造，以及改善的功能性和操作安全性。
特别地，接口部可以被构造为永久地连接到壳体或者包括于壳体，或者不能无需工具地从壳体拆卸。从这个意义上说，根据这种实施方式的接口部虽然可旋转，但是不能从壳体上拆卸下来，而轴却可以从接口部拆卸，尽管在连接状态下，轴优选地不能相对于接口部转动。在这种情况下，可拆卸性和旋转性的功能是分开的，并且由视频内窥镜的不同部件提供，从而实现了特别简单和可靠的设计。
根据优选实施方式，电气连接组件包括至少一个滑动触点。滑动触点可以例如被设计成滑环，该滑环包括相对于壳体固定安装的电刷，并且以滑动方式与形成接口部的外壳或外表面的一部分的金属环接触。相反地，滑动触点可以通过与固定的金属环接触的旋转电刷形成。优选地，电气连接组件包括彼此电绝缘的两个或更多个滑动触点或接触元件，以提供与从图像传感器和/或向图像传感器传输信号和/或电能所需的至少同样多的电气连接。通过提供至少一个滑动触点，能够在至少给定范围内的任何旋转位置建立并保持电气连接。最优选的是，金属环延伸大约360°；在这种情况下，电气连接与旋转位置无关，其中，甚至接口部相对于壳体的无限次旋转也可以是允许的。
根据特别优选的实施方式，电气连接组件配置在接口部的周边(periphery)处或周边上。为了清楚起见，在本公开中，周边也被表示为外周边。因此，根据该实施方式，在接口部相对于壳体的多个旋转位置中形成电气连接的接口部的配置有电气连接组件的外壳是接口部的外周边。外周边可以是例如接口部的主体的连续或不连续表面。外周边或外周边的配置有电气连接组件的部分可以由接口部的外周边表面形成，该外周边表面位于与旋转轴线相距径向距离处。外周边表面可以至少在配置有电气连接组件的部分中相对于旋转轴线部分地旋转对称。例如，接口部可以具有近似圆筒形的形状，其中圆筒的轴线与旋转轴线大致重合，并且外周边由近似圆筒形的接口部的侧表面部分形成。该实施方式允许特别简单的设计并且增强了视频内窥镜的操作可靠性。
根据另一优选实施方式，电气连接组件包括至少一个柔性导体元件，该至少一个柔性导体元件被构造成通过相对于壳体旋转接口部而卷绕在接口部的周边上和/或从接口部的周边解绕，周边可以是接口部的外周边表面。因此，根据该实施方式，手柄包括柔性导体元件，该柔性导体元件形成接口部的电气传输元件与手柄的固定电子器件之间的电气连接，其中柔性导体元件通过接口部的旋转而卷绕在接口部的周边和/或从接口部的周边解绕。特别地，当接口部沿一个方向旋转时，柔性导体元件包裹或缠绕接口部的周边或外周边表面的一部分，并且当接口部沿相反方向旋转时，柔性导体元件解除缠绕。因此，接口部和柔性导体元件能够被认为形成卷轴。柔性导体元件可以具有：第一端，其固定到接口部的外周边表面并且电连接到接口部的电气传输元件；以及第二端，其安装到壳体并且连接到手柄的固定电气和/或电子元件。最优选地，柔性导体元件被安装成使得在柔性导体元件卷绕或解绕时避免扭曲。通过提供围绕接口部卷绕的柔性导体元件，能够以低摩擦实现接口部的旋转，并且同时能够在旋转过程中以及对于接口部的在预定的旋转位置范围内的任何旋转位置以不间断的方式保持电气连接。优选地，接口部和柔性导体元件被构造成使得柔性导体元件可以围绕接口部的外周边缠绕至少90°、至少180°、至少270°或至少360°，允许至少在相应的旋转位置范围内旋转。也就是说，当柔性导体元件围绕接口部的圆周缠绕时，它可以形成不到一个完整的绕组，或者可以形成一个完整的绕组或多于一个的绕组；在后一种情况下，绕组可以彼此缠绕，形成螺旋形配置。这样，能够实现高的旋转自由度和基本上无磨损的操作，从而增强了视频内窥镜的功能性和耐久性。
根据本发明的优选实施方式，柔性导体元件是或者包括柔性电缆、柔性带状电缆或柔性电路板或者多个这种元件或这种元件的组合。使用柔性电缆、柔性带状电缆或柔性电路板有助于手柄的组装，并在使用过程中提供可靠的连接。此外，带状电缆或柔性电路板可以包括多个电引线，从而允许并行传输高数据量和/或多个信号，以及向图像传感器供应电能。此外，带状电缆或柔性电路板易于卷绕，从而允许内窥镜的特别简单的设计以及可靠且可再现的操作。
优选地，壳体包括用于接收柔性导体元件的至少未卷绕部分的储存部或储藏部。特别地，柔性导体元件可以完全包含在壳体内，包括卷绕在接口部的外周边上的部分和未卷绕部分。壳体典型地具有提供足够空间以容纳储藏部的尺寸。以此方式，能够极大地避免柔性导体元件在旋转期间的缠结或阻塞，从而提高了操作可靠性和安全性。
根据特别优选的实施方式，柔性导体元件的未卷绕部分由配置在储藏部中的至少一个辊引导，该辊具有优选地基本平行于接口部的旋转轴线的旋转轴线。特别地，未卷绕部分可以围绕辊布线(route)。所述辊可以配置成在接口部旋转以使所述柔性导体元件解绕时接收所述柔性导体元件的未卷绕部分，并且在接口部沿相反方向旋转时使柔性导体元件的一部分可以卷绕在外周边上。根据又一优选实施方式，所述辊可移动地配置在储藏部内并且构造成用于张紧柔性导体元件。特别地，辊可以在用于张紧柔性导体元件的方向上被弹簧加载。以此方式，可以精确地控制柔性导体元件的解绕运动，并且能够最安全地避免柔性导体元件的缠结。因此，能够进一步增强内窥镜的操作的可靠性和再现性。
附加地或可替代地，柔性导体元件的未卷绕部分的至少一部分可以以弧形形状在储藏部中布线，和/或可以松散地配置在储藏部中。因此，例如，可以设置单面或双面抵接表面，用于使柔性导体元件在储藏部中布线。柔性导体元件的未卷绕部分可以形成连续或交替的弧，诸如蜿蜒形状。此外，可以将柔性导体元件构造成以弹性方式预弯曲，或者将其本身实施为弹簧。因此，提供足够长度的用于卷绕的柔性导体元件能够以简单的方式实现。
根据本发明的优选实施方式，手柄包括至少两个轴承，轴承用于相对于壳体可旋转地支撑接口部，并且电气连接组件配置在接口部的外周边表面的中间部分。外周边表面的中间部分是外周边表面的位于至少两个轴承之间的部分。轴承可以用于支撑接口部的旋转运动，并且还用于限定电气连接组件的配置。因此，例如，通过将轴承配置在外周边表面的相应部分的两侧，可以增强电刷和金属环之间的接触和/或能够改善在接口部的外周边表面上的卷绕。以此方式，可以进一步促进内窥镜的处理。
此外，可以设置密封件以密封壳体的可旋转地安装接口部的开口。密封件优选地位于轴承附近，使得轴承被包括在壳体的密封内部空间中。最优选地，密封件配置在上述第一轴承和第二轴承的外侧方向，使得外周边表面的中间部分被密封件封闭。这样的密封可以保护手柄，特别是手柄和/或接口部内的任何电气和电子部件和/或连接，诸如特别是电气连接组件，免受体液或消毒液的侵害。因此，密封可以改善内窥镜的耐久性和操作安全性。
优选地，接口部相对于壳体的旋转范围由止挡件限制。该止挡件可以是将旋转范围限制在小于360°的角度范围的物理止挡件。止挡件可以用于增强内窥镜的操作安全性和可靠性，并且特别是避免由于接口部相对于壳体的过度旋转而损坏内窥镜。如上所述，在电气连接组件包括至少一个在接口部的旋转期间要卷绕和/或要解绕的柔性导体元件的情况下，止挡件是特别有利的。
根据优选实施方式，手柄包括至少一个传感器，该至少一个传感器被构造为用于检测接口部相对于壳体的旋转角度和/或旋转位置。传感器可以是或者包括例如旋转编码器、霍尔传感器和/或磁性传感器。特别地，传感器可以是增量式旋转编码器以产生代表旋转角度的旋转信号，或者可以是绝对式旋转编码器以产生代表接口部的旋转位置的旋转信号。旋转信号能够被传递到图像处理单元，用于基于检测到的旋转角度数字化地竖立图像。
最优选地，内窥镜包括或者可连接至图像处理单元，该图像处理单元被构造为根据旋转信号来竖立由图像传感器提供的图像，以显示独立于轴的旋转的图像。图像处理单元可以被包括在手柄中，或者优选地被包括在外部控制和供应系统中。内窥镜还可以包括用于检测手柄的旋转的重力传感器；图像处理单元可以被构造为相对于重力矢量独立于轴的方向地竖立图像。以此方式，能够促进使用者在腔体中的导航。
有利地，第二连接器元件包括多个导体销，并且第一连接器元件包括被构造为接收导体销的多个插座。电能和数据信号可以适当地经由轴的销和手柄的相应插座的连接来传输。以此方式，能够实现接口部的电气传输元件与电子图像传感器之间的紧凑设计以及简单且可靠的电气连接。此外，在使用视频内窥镜之后，第二连接器元件的销可以易于清洁。优选地，第一连接器元件被刚性地安装到接口部的面对轴的前侧，并且第二连接器元件被刚性地安装到轴的近端部分。进一步优选地，销和插座的插孔在平行于接口部的旋转轴线的方向上延伸；从而促进形成电气连接。最优选地，第一连接器元件和第二连接器元件可以配置和构造成使得在轴机械地连接至手柄时自动形成电气连接。
特别地，轴的销通过摩擦配合连接到手柄的插座，并因此在形成电气连接时，轴机械地连接到手柄。因此，轴可以容易地连接到手柄以及从手柄上拆卸。此外，轴和接口部的第一连接器元件和第二连接器元件和/或其它元件可以被构造成使得轴能够仅在限定的角度位置连接到接口部，从而有利于传感器的用于竖立内窥镜图像的旋转感测。
优选地，除了第一连接器元件和第二连接器元件之外，可以设置机械联接机构以将轴以安全且稳定的方式联接至手柄。联接机构可以特别地包括轴的联接元件，该轴的联接元件与手柄的相应联接元件协作，从而避免轴从手柄意外地脱离，但是允许轴相对于手柄的壳体旋转。手柄的联接元件可以配置在壳体的面向轴的近端部分的前侧，例如配置在壳体的包围接口部的圆周部分上，使得手柄的接口部在连接状态下与轴和联接机构基本上或完全重叠。以此方式能够实现特别稳定的联接。机械联接机构可以构造成包括例如可释放的卡扣配合、形状配合、棘爪和/或爪联接。由此可以进一步改善连接的处理和可靠性。
根据本发明的优选实施方式，轴是气密密封的。特别地，第二连接器元件本身可以被密封并且以气密密封的方式连接到轴；第二连接器元件可以例如插入到形成轴的管的近端部分中，并密封地嵌入合适的树脂中。电子图像传感器也可以容纳在轴的气密密封的内部空间中。轴可以进一步包括开放通道，例如冲洗通道或器械通道。最优选地，轴被构造为可高压灭菌的。由于轴是气密密封的和/或可高压灭菌的，因此可以促进轴的多次使用。
可替代地，轴可以被构造为一次性的，即用于单次使用。特别地，轴可以仅包括少量昂贵的光学和电子元件，并且因此可以被设计为以相对较低的成本制造。
优选地，手柄被构造成可多次使用。由于在内窥镜介入期间未将手柄引入体腔中，因此手柄可以是或可以不是可高压灭菌的。
根据另一优选实施方式，轴可以包括电照明源，以产生光或例如近红外辐射，用于照明要观察的腔体。照明源优选是或包括LED。照明源可以配置在轴的远端处，或者例如配置在轴的近端附近并且光耦合至将照明辐射传输至远端的导光管。如上所述，照明源优选地经由接口部，即经由第一和第二连接器元件、接口部的电气传输元件以及手柄的电气连接组件被供应电能。用于照明源的电源可以设置在手柄的壳体中，或者可以将外部电源连接到手柄。
可替代地，轴可以包括用于连接外部光源的光缆和导光管的端口，以将由外部光源产生的照明辐射传输到轴的远端。该端口可以配置在轴的近端部分处或附近，并且优选地与第二连接器元件分离。
本发明的另一方面涉及一种用于视频内窥镜的手柄，特别是用于医疗视频内窥镜的手柄，优选地用于如上所述的视频内窥镜的手柄。手柄包括壳体和相对于壳体可旋转地安装的接口部。接口部可以被构造为可拆卸地连接到视频内窥镜的细长轴的近端部分，该轴包括至少一个电子图像传感器。接口部包括电连接到接口部的电气传输元件的第一连接器元件，其中第一连接器元件被构造为可连接到视频内窥镜的轴的第二连接器元件，以形成可拆卸的电气连接。手柄还包括配置在接口部的外壳、特别是配置在接口部的外周边表面的电气连接组件，该电气连接组件在接口部的相对于壳体的多个旋转位置中形成到手柄的固定电气和/或电子元件的电气连接。特别地，至少一个柔性导体元件和/或滑动触点可以配置在接口部的外壳处或外壳上，用于经由电气接口在接口部的相对于壳体的不同旋转位置从轴传递电信号和/或电能，或者向轴传递电信号和/或电能。特别地，如上所述地构造手柄。
手柄允许连接视频内窥镜的轴，并且由于接口部可相对于壳体旋转，因此允许使轴旋转。同时，在轴相对于手柄的多个旋转位置，配置在接口部的外壳处的电气连接组件的配置允许在轴与手柄内部或手柄外部的其它电气和/或电子元件或单元之间建立和保持电气连接。即，电气连接组件允许所连接的轴和接口部相对于壳体旋转，而基本上不阻碍与轴的电气连接。
根据另一方面，本发明涉及一种用于视频内窥镜的轴，特别是用于医疗视频内窥镜的轴，优选地用于如上所述的视频内窥镜的轴。所述轴是细长的并且被构造为用于插入腔体以进行内窥镜观察，并且包括至少一个电子图像传感器。轴的近端部分构造成可拆卸地连接至视频内窥镜的手柄的接口部。轴的近端部分配备有可电连接至手柄的第一连接器元件的第二连接器元件。特别地，如上所述地构造轴。
本发明还涉及一种视频内窥镜系统，特别地涉及一种医疗视频内窥镜系统。该视频内窥镜系统包括至少一个如上所述构造的手柄以及至少两个轴，至少两个轴中的每一个均如上所述构造。优选地，至少两个轴被设计成具有不同的光学、机械和/或电气特征，例如不同的观察方向、不同的视野、不同的长度和/或直径、与冲洗或器械通道有关的不同构造、图像传感器和/或照明源的不同类型或配置。由于每个轴与手柄的可拆卸连接，能够容易地更换轴以使视频内窥镜适应特定内窥镜介入的需求。
此外，本发明涉及一种用于操作视频内窥镜的方法，根据该方法，提供了一种如上所述构造的视频内窥镜，轴相对于手柄的壳体位于第一角位置，并且轴相对于手柄的壳体旋转到第二角位置，其中在第一和第二角位置，通过电气连接组件在接口部的电气传输元件和手柄的固定电气和/或电子元件之间提供电气连接。优选地，在旋转期间，即在轴相对于手柄的壳体的所有中间角位置处，由电气连接组件不间断地保持电气连接。以此方式，能够在电子图像传感器与手柄的固定电子器件之间提供并保持电气连接，而与轴相对于手柄的壳体的旋转无关。
在提到的步骤之前的方法步骤中，可以设置手柄和轴，该手柄和轴如上所述构造；轴如上所述地电气和机械地连接到手柄，以形成要操作的视频内窥镜。如上所述，在操作视频内窥镜之后要执行的后续方法步骤中，可以将轴从手柄上卸下。在进一步的步骤中，可以将另一个轴连接到手柄，或者可以对轴和手柄进行清洁和消毒。轴和手柄两者都可以重复使用，轴优选是可高压灭菌的。
在不脱离本发明的范围的情况下，如上所述和如下所述的本发明的特征不仅适用于所述的组合，而且适用于其它组合或单独应用。
附图说明
根据附图和以下特定实施方式的说明，本发明的其它方面将变得显而易见。
图1以示意性局部截面图示出了处于分离状态的根据本发明的第一实施方式的视频内窥镜的轴和手柄；
图2示出了处于连接状态的根据图1的实施方式的视频内窥镜；
图3以示意性局部截面图示出了根据本发明的第一实施方式的变型的轴；
图4是图1至图3的视频内窥镜的手柄的接口部的示意性纵向截面图；
图5是图1至图4的视频内窥镜的手柄的接口部的示意性横截面图；
图6以侧视图示出了根据本发明的第二实施方式的视频内窥镜；
图7以侧视图示出了根据本发明的第三实施方式的视频内窥镜。
具体实施方式
图1和图2是根据本发明的第一实施方式的视频内窥镜10的示意图。视频内窥镜10被设计成提供来自人或动物体的腔体内的物场的视频和/或成像数据。如图1和图2中象征性地由电缆11所示，视频内窥镜可连接到外部控制和供电系统，该系统提供电力并包括诸如计算机和监视器的图像处理和显示装置。视频内窥镜10包括手柄12和轴18。在图1中，示出了处于分离状态的手柄12和轴18。图2示出了处于连接状态的图1的视频内窥镜10，轴18被连接至手柄12。
以示意性纵向截面图在图1和图2中示出手柄12。手柄12的尺寸和形状设计成由视频内窥镜10的使用者握持，该使用者典型地是进行内窥镜介入的外科医生。视频内窥镜10的手柄包括壳体14和相对于壳体14可旋转地安装的接口部16。壳体14具有前侧17，前侧17具有开口，接口部16安装在该开口中。如下所述，壳体14包括用于容纳柔性电路板34的一部分的储藏部46。为了清楚起见，在图1和图2中省略了一些电气元件。
此外，视频内窥镜10包括具有远端20、近端22和在远端20与近端22之间延伸的纵向轴线24的细长轴18。轴18的近端22可拆卸地连接到手柄12，轴18在近端22处具有联接板19。如下面详细说明的，轴18电气和机械地连接到手柄12，轴18连同接口部16相对于壳体14可旋转。在图1和图2的实施方式中，轴18的纵向轴线24与接口部16的旋转轴线38对准。因此，轴18可相对于手柄12的壳体14围绕轴18的纵向轴线24旋转。
接口部16包括第一连接器元件26，并且轴18在其近端22处具有第二连接器元件28，第一连接器元件26和第二连接器元件28协作以形成用于电连接手柄12和轴18的电接口。在图1和图2的示例性实施方式中，第一连接器元件26包括多个插座30，第二连接器元件28包括多个导体销32，在附图中象征性地示出了五个插座30和五个销32。销32和插座30平行于接口部的旋转轴线38延伸，并且销32能够沿旋转轴线38的方向插入相应的插座30中。
第一连接器元件26和第二连接器元件28可以通过销32在插座30中的摩擦配合和/或通过第二连接器元件28的连接器底座29在接口部16的对应凹槽27(参见图4)中的形状配合而彼此保持。为了轴18到手柄12的特别安全和稳定的机械连接，在所示的实施方式中，提供了机械联接机构13，该机械联接机构13由爪联接机构构成，该爪联接机构具有牢固地但可旋转且可释放地将轴18的联接板19保持到壳体14的爪15。由于第一连接器元件26和第二连接器元件28分别固定地安装到接口部16和轴18，轴18不可旋转地连接到接口部16。采用诸如利用爪联接机构将轴18固定地连接到手柄12的装置的实施方式还可以采用除了上面讨论的销/插座系统以外的接触装置。这样的系统可以采用简单的触点来进行必要的电气连接，而不是采用更强健的销/插座连接。
轴18还包括具有物镜系统和电子图像传感器的成像单元50。成像单元50配置在轴18的远端20处或附近。多线电缆52贯穿轴18，从而将成像单元50的电子图像传感器连接至轴18的近端22处的第二连接器元件28。可替代地，电子图像传感器可以位于轴18的近端22附近(参见下文和图3)。
此外，轴18包括形成用于连接外部光源的光缆的端口的短柱或灯柱54，以及在轴18中延伸直到轴18的远端20以朝向要观察的物场传输由外部光源提供的照明辐射的导光管(未示出)。可替代地，轴可以包括例如LED，以产生照明辐射，该LED电连接到第二连接器元件28，以经由所述的电气连接被供应电能。
轴18可以是气密密封的，并且特别地可以是可高压灭菌的(autoclavable)。为此，第二连接器元件28可以密封地插入到轴18的近端22中。轴18可以具有例如大约4mm或大约10mm的外径，但是也可以具有适用于特定医疗介入的任何其它直径和尺寸，或者在非医疗内窥镜的情况下，则可以具有适用于预期的内窥镜检查的直径和尺寸。
根据第一实施方式的变型并且如图3所示，轴可以包括位于轴18的近端22附近的电子图像传感器51。轴18还包括杆透镜系统，该杆透镜系统包括多个杆透镜48以将由配置在轴18的远端20处或附近的物镜系统49收集的图像光传输到近端配置的图像传感器51。图像传感器51经由电引线53连接至第二连接器元件28。电引线53可以例如由多线电缆或由印刷电路板形成。另一方面，图像传感器51可以与第二连接器元件28形成单元，直接连接至第二连接器元件28并且不需要电引线53(未示出)。如图3中能够看到的，由于图像传感器51位于轴18的近端22附近，因此图像传感器51可以具有比如果将其配置在远端20处或附近的尺寸大的尺寸。此外，根据图3的轴18可以如上述参照图1和图2地构造，并且如上所述可连接到手柄12。
在图4和图5中更详细地示出了接口部16。图4是接口部16的纵向截面图，图5是接口部16的横截面图(图4中的横截面A-A)。
接口部16具有近似圆筒形状，圆筒的轴线与接口部16的旋转轴线38近似重合。接口部16的外壳由对应于圆筒的基部的前端42和后端44以及对应于圆筒侧面的周边或周边表面40形成。前端42在手柄12的与轴18连接的那侧(参见图1和图2)，并且后端44指向壳体14的内部。在所示的示例中，周边表面40是很大程度上连续的表面，但是它也可以例如是不连续的并且包括间隙。在下文中，周边表面40也表示为外周边表面40。
接口部16通过第一轴承60a和第二轴承60b可旋转地支撑在壳体14中。如图1、图2和图4象征性地示出的，轴承60a和60b可以配置在接口部16的外周边表面40，但是也可以以任何其它合适的方式设计。第一轴承60a和第二轴承60b彼此隔开一定距离地配置，第二轴承60b位于接口部16的后端44附近。在第一轴承60a和前端42之间，密封件61配置在外周边表面40上以密封壳体14的安装了接口部16的内部空间。密封件61可以是例如任何适当设计的轴密封件，或者可以简单地由O形环形成。
如图4所示，接口部16包括配置在接口部16的中空空间33中的印刷电路板(PCB)35。第一连接器元件26的插座30通过多个引线36电连接至PCB 35。此外，在接口部16的外周边表面40上配置柔性电路板34。代替柔性电路板34，诸如柔性电缆或带状电缆的另一柔性导体元件或滑动触点或者多个这种元件或它们的组合可以配置在接口部16(未示出)的外周边表面40上。柔性板34的第一端固定到周边表面40的一部分，在该部分处，柔性板34的导电线通过引线37连接到PCB35。象征性地，图4中示出了五个引线36和五个引线37。与第一端相反并在图5中由箭头指示的柔性板的第二端连接到壳体14中的固定电子器件(未示出)。PCB 35用作电气传输元件，并且包括用于将引线36连接到引线37的导电线，从而重定向电气连接，并且优选地不包括任何电子部件。
柔性电路板34能够适应周边表面40的形状，并且可以分段地抵靠周边表面40或与周边表面40相距径向距离。在图5所示的情况下，柔性电路板34的第一端固定到接口部16的周边表面40，而柔性电路板34的其它部分则松散地配置在壳体14的储藏部46(参见图1)内。如从图5可以理解的，通过接口部16的逆时针旋转，柔性电路板34将更紧密地缠绕在周边表面40上，直到其牢固地抵靠在周边表面40为止。另一方面，柔性电路板34通过接口部16的顺时针旋转将更加松散地配置。因此，柔性电路板34能够通过接口部的逆时针旋转而卷绕在周边表面40上，并且能够通过接口部的顺时针旋转而解绕。接口部16相对于壳体14的总旋转范围特别地受到可卷绕在周边表面40上的柔性电路板34的长度以及用于容纳柔性电路板34的未卷绕部分的储藏部46的容量的限制。在所示的示例中，柔性电路板34的未卷绕部分被松散地配置在储藏部46中；可替代地，例如，柔性电路板34可以例如通过弹簧加载的辊来张紧，使得柔性电路板34独立于旋转角度地紧密地抵靠在周边表面40上。此外，在所示的示例中，柔性电路板34配置在接口部16的周边表面40的与第一端42和第二端44间隔开并且如图4所示位于第一轴承60a和第二轴承60b之间的中间部分。
图6示出了根据本发明的第二实施方式的视频内窥镜10’，其具有被示出为连接至手柄12的轴18’。根据该实施方式的轴18’像上述在图1和图2中示出的轴18那样构造，但是代替灯柱54，轴18’具有握轮59，使用者能够握住该握轮59以更容易和准确地使轴18’旋转。诸如带有远侧放置的LED照明装置的照明光源被容纳在轴18’本身中。手柄12如上所述以及如图1和图2以示意性截面图示出地构造。在图6所示的侧视图中能够更详细地看到，手柄12包括多个控制元件64，这些控制元件放置在手柄12的一侧，以由使用者通常用握持手柄12的同一只手来操作。此外，图6中示出了用于穿过或连接电缆11的端口65。
在图7中，示出了根据本发明的第三实施方式的视频内窥镜10”。手柄12如上所述以及如图1、图2和图6所示地构造。根据第三实施方式的轴18”与第二实施方式的轴18’的区别在于偏转了90°角，因此轴18”的纵向轴线与接口单元16的旋转轴线成直角(参见图1、图2和图4)。此外，与第一实施方式的轴18和第二实施方式的轴18’相反，第三实施方式的轴18”包括冲洗通道和器械通道。因此，轴18”具有用于将冲洗软管与冲洗阀56附接的连接器55，以及用于插入工作器械的端口57，该端口包括用于在不需要时关闭器械通道的阀58。类似于第二实施方式，轴18”具有握轮59和集成照明光源，而不是光缆端口。关于其它元件，轴18”如上所述地构造(参见图1至图3)。
根据本发明的实施方式的视频内窥镜10、10’、10”包括配置在轴18、18’、18”中并且经由电缆52、第二电气连接器28、第一电气连接器26、引线36、PCB 35、引线37和柔性电路板34连接到设置在壳体14中的电气和/或电子元件(图中未示出)的电子图像传感器。此外，电能和/或控制信号例如能够从壳体14中的电气和/或电子元件供应到图像传感器或配置在轴中的照明光源。为此，电气连接包括所需的尽可能多的引线或导电线。由于柔性电路板34的配置，能够在轴18、18’、18”相对于手柄12的壳体14的多个旋转位置中保持电气连接。例如，可以在壳体中设置图像预处理单元以改善经由电缆11到外部图像处理单元的数据传输；然而，视频内窥镜10、10’、10”可以被构造为使得壳体14仅容纳提供与电缆11的连接的电引线。所提及的电气和/或电子元件在壳体14中保持固定，并且不参与接口部16的旋转。指示接口部16相对于壳体14或相对于重力矢量的旋转角度或旋转位置的传感器信号可以被传送到图像预处理单元或外部图像处理单元，并用于电子地竖立由图像传感器提供的内窥镜图像。此外，控制元件64可以连接到图像预处理单元或连接到外部控制单元，用于控制视频内窥镜10、10’、10”的例如涉及照明、变焦和/或冲洗的各种功能。此外，轴18、18’、18”与手柄12的电气和机械连接是可拆卸的，从而改善了视频内窥镜10、10’、10”的操纵性和通用性。
为了清楚起见，并非所有附图标记都显示在所有附图中。如果附图说明中未明确提及附图标记，则其含义与其它附图相同。
附图标记
10、10’、10” 视频内窥镜
11 电缆
12 手柄
13 联接机构
14 壳体
15 爪
16 接口部
17 前侧
18、18’、18” 轴
19 板
20 远端
22 近端
24 纵向轴线
26 第一连接器元件
27 凹槽
28 第二连接器元件
29 连接器基座
30 插座
32 销
33 中空空间
34 柔性电路板
35 PCB
36 引线
37 引线
38 旋转轴线
40 周边表面
42 前端
44 后端
46 储藏部
48 杆透镜
49 物镜系统
50 成像单元
51 图像传感器
52 电缆
53 引线
54 灯柱
55 连接器
56 阀
57 端口
58 阀
59 轮
60a 轴承
60b 轴承
61 密封件
64 控制元件
65 端口

Claims (16)

1.视频内窥镜，特别是医疗或工业视频内窥镜(10、10’、10”)，其包括具有壳体(14)和相对于所述壳体(14)可旋转地安装的接口部(16)的手柄(12)以及具有一个或多个电子图像传感器(51)的细长轴(18、18’、18”)，其中所述轴(18、18’、18”)的近端部分可拆卸地连接到所述手柄(12)的接口部(16)，所述接口部(16)包括电连接到所述接口部(16)的电气传输元件的第一连接器元件(26)，所述轴(18、18’、18”)包括电连接到所述一个或多个电子图像传感器(51)的第二连接器元件(28)，所述第一连接器元件(26)和所述第二连接器元件(28)协作以形成可拆卸的电气连接，所述手柄(12)包括配置在所述接口部(16)的外壳处的电气连接组件，在所述接口部(16)相对于所述壳体(14)的多个旋转位置中，所述电气连接组件形成与所述手柄(12)的至少一个固定的电气和/或电子部件的电气连接。
2.根据权利要求1所述的视频内窥镜，其特征在于，所述电气连接组件包括至少一个滑动触点。
3.根据权利要求1或2所述的视频内窥镜，其特征在于，所述电气连接组件配置在所述接口部(16)的周边。
4.根据权利要求3所述的视频内窥镜，其特征在于，所述电气连接组件包括至少一个柔性导体元件，所述柔性导体元件被构造为通过使所述接口部(16)相对于所述壳体(14)旋转而卷绕到所述接口部(16)的周边和/或从所述接口部(16)的周边解绕。
5.根据权利要求4所述的视频内窥镜，其特征在于，所述柔性导体元件是柔性电缆、柔性带状电缆和/或柔性电路板(34)或者包括柔性电缆、柔性带状电缆和/或柔性电路板(34)。
6.根据权利要求4或5所述的视频内窥镜，其特征在于，所述壳体(14)包括用于接收所述柔性导体元件的至少未卷绕部分的储藏部(46)。
7.根据权利要求6所述的视频内窥镜，其特征在于，所述柔性导体元件的未卷绕部分由至少一个辊引导，其中所述辊优选地可移动地配置在所述储藏部(46)内，并且最优选地在用于张紧所述柔性导体元件的方向上被弹簧加载。
8.根据权利要求6或7所述的视频内窥镜，其特征在于，所述柔性导体元件的未卷绕部分的至少一部分以弧形形状放置在所述储藏部(46)中和/或松散地配置在所述储藏部(46)内。
9.根据前述权利要求中任一项所述的视频内窥镜，其特征在于，所述手柄包括用于可旋转地支撑所述接口部(16)的至少两个轴承(60a、60b)，其中所述电气连接组件配置在所述接口部的周边的中间部分处，所述中间部分位于所述至少两个轴承(60a、60b)之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的视频内窥镜，其特征在于，所述接口部(16)相对于所述壳体(14)的旋转范围由止挡件限制。
11.根据前述权利要求中任一项所述的视频内窥镜，其特征在于，所述手柄(12)包括至少一个用于检测所述接口部(16)相对于所述壳体(14)的旋转角度和/或旋转位置的传感器。
12.根据前述权利要求中任一项所述的视频内窥镜，其特征在于，所述第二连接器元件(28)包括多个导体销(32)，并且所述第一连接器元件(26)包括多个被构造为接收所述导体销(32)的插座(30)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的视频内窥镜，其特征在于，所述轴(18、18’、18”)是气密密封的和/或可高压灭菌的。
14.根据前述权利要求中任一项所述的视频内窥镜，其特征在于，所述轴(18、18’、18”)包括经由所述接口部(16)被供给电能的电气照明源。
15.根据前述权利要求中任一项所述的视频内窥镜，其特征在于，所述一个或多个电子图像传感器被配置在所述轴(18、18’、18”)的远端部分，或者所述一个或多个图像传感器(51)被配置在所述轴(18、18’、18”)的近端部分并且光学图像传输系统贯穿所述轴(18、18’、18”)以将图像光传输到所述一个或多个图像传感器(51)。
16.用于视频内窥镜的手柄，特别是用于医疗视频内窥镜(10、10’、10”)的手柄，其包括壳体(14)和相对于所述壳体(14)可旋转地安装的接口部(16)，其中所述接口部(16)包括连接到所述接口部(16)的电气传输元件的第一连接器元件(26)并且所述第一连接器元件可连接到所述视频内窥镜(10、10’、10”)的轴(18、18’、18”)的第二连接器元件(28)以形成可拆卸的电气连接，所述手柄(12)包括配置在所述接口部(16)的外壳处的电气连接组件，在所述接口部(16)相对于所述壳体(14)的多个旋转位置中，所述电气连接组件形成与所述手柄(12)的至少一个固定的电气和/或电子部件的电气连接。
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