CN115005747A - 一次性集成内窥镜 - Google Patents

Abstract

一种一次性集成内窥镜，将两个发光二极管(LED)以及两个互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器整合于内窥镜前端，不仅避免使用昂贵的导光棱镜而成为成本相对低廉且使用后可抛弃的一次性集成内窥镜，且通过发光二极管提供光源可获得人体内部组织或器官的更清晰的立体(3D)图像。并且，通过在内窥镜前端设置独创的导热管散热结构，把设置在内窥镜前端的图像传感器所产生的高热迅速传导至内窥镜后端来达到良好散热效果，避免内窥镜前端温度达到48℃以上而烫伤人体组织。

Description

一次性集成内窥镜

技术领域

本发明是关于一种一次性集成内窥镜，尤指一种将图像传感器和相关电路都整合于内窥镜中且设计成使用后可抛弃的一次性集成内窥镜。

背景技术

使用内窥镜的微创手术由于具有创伤小、出血少、好的组织破坏少及复原快等优点，已成为现今外科手术的趋势。一般来说，病变组织的切除可通过内窥镜手术来进行，其只需在人体上切割数个大约一公分长的小伤口。因此，病人的创伤伤口区域的极小化而大幅降低，且其住院日与复原时间也能大幅减少。

大体而言，典型的内窥镜手术系统通常包括一内窥镜、用于显示由内窥镜拍摄到之图像的一显示装置、用于处理图像信号的一处理器、以及用于进行手术的一或数个手术工具或仪器。然而，传统的内窥镜手术系统常有以下缺点而需进一步改良：(1)现有的内窥镜中设置了一特殊导光棱镜结构，用来将内窥镜前端的光图像传递至位于内窥镜尾端的一图像传感器，而该特殊导光棱镜结构不仅结构复杂且价格很贵；(2)现有内窥镜使用电荷耦合元件(charge-coupled device；简称CCD)来作为图像传感器，所以需要额外的模拟数字转换器(analog-to-digital converter；简称A/D converter)来将CCD输出的模拟信号转换为数字信号，而该模拟数字转换器不仅会造成图像扭曲更会占据额外体积；(3)由于造价很高，现有内窥镜无法设计成抛弃式的，所以，即使每次使用过后会进行消毒，也很难完全避免交叉感染发生；(4)人体内部组织或器官的立体(three-dimensional；简称3D)图像，现有内窥镜只能以平面(two-dimensional；简称2D)的方式来摄影及显示在显示装置上，导致医疗人员较难在手术过程中通过2D图像来精确定位手术位置；(5)虽然曾有厂商试图开发将图像传感器装置在内窥镜前端的产品，但因为无法解决如何在内窥镜狭小的前端同时挤进照射光源与图像传感器、以及图像传感器运作时产生的高热会让内窥镜前端温度在短时间内提升至摄氏48℃以上进而烫伤人体组织、且不符合电气医疗器材安规等的重大缺失，所以至今仍未有此类产品在业界使用。

缘此，本发明揭露了一种一次性集成内窥镜，可解决前述现有内窥镜的种种缺失。

发明内容

本发明之主要目的是在于提供一种一次性集成内窥镜，不仅将图像传感器整合于内窥镜前端，避免使用昂贵的特殊导光棱镜，而成为成本相对低廉且使用后可抛弃的一次性集成内窥镜。并且，更通过在内窥镜前端设置独创的导热管散热结构，来把设置在内窥镜前端的图像传感器所产生的高热能迅速传导至内窥镜后端来达到良好散热效果，避免内窥镜前端温度达到摄氏48℃以上。

本发明之另一目的是在于提供一种一次性集成内窥镜，通过在内窥镜前端同时设置两个发光二极管以及两个图像传感器，除了可采集人体内部组织或器官的立体(3D)图像外，更通过发光二极管所发出的光来获得人体内部组织或器官的更清晰的图像。

为达上述之目的，本发明揭露了一种一次性集成内窥镜，包括有：一图像采集模块、一手柄、一图像传输电路板、以及一电缆模块。该图像采集模块可用于采集图像，其具有包括一中空的外管、至少一图像传感元件、至少一光供应元件(例如发光二极管(light-emitting diode，LED))、一柔性电路板、及一导热管。该中空的外管是沿一第一方向延伸一第一长度，且具有一前端管口及一后端管口。该至少一图像传感元件是位于该外管内且邻近该前端管口，用于采集该前端管口外部一物体的图像并据以产生一图像信号。该至少一发光二极管是位于该外管内且邻近该前端管口，用于发出一光照射位于该前端管口外部的该物体。该柔性电路板是呈一细长条薄片状且是容纳于该外管内。该柔性电路板的一前端是电性连接于该至少一图像传感元件与该至少一发光二极管，该柔性电路板的一后端是沿着该第一方向延伸并自该后端管口伸出该外管。该导热管是容纳于该外管内且是沿该第一方向延伸一第二长度。该导热管的一前端是邻近于该至少一图像传感元件与该至少一发光二极管、该导热管的一后端则是位于该后端管口附近，该导热管可将该至少一图像传感元件与该至少一发光二极管产生的热传导至该外管的该后端管口附近，提供散热的功能。该手柄是连结于该图像采集模块的该外管的该后端管口，且具有一内部空间。该图像传输电路板是位于该手柄的该内部空间内。于该图像传输电路板上设置有包含可处理图像信号的至少一集成电路集成电路元件的一控制单元。该柔性电路板的该后端是电性连接于该图像传输电路板，使得该至少一图像传感元件所产生的该图像信号可经由该柔性电路板传送至该图像传输电路板，并由该控制单元中所包含的该至少一集成电路集成电路元件将该图像信号转换成可供电脑处理的一数字信号。该电缆模块是连结于该手柄，其具有包括一快插拔接头以及一电路板连接器其是电性连接于该快插拔街头；该快插拔接头可供与一后端装置连接。该电路板连接器是电性连接于该图像传输电路板，使得经由该控制单元所转换的该数字信号可经由该电缆模块的该快插拔接头而传送给该后端装置，并且，该后端装置也可经由该电缆模块将电力提供给该图像传输电路板。

于一实施例中，该图像采集模块更包括：一芯片载板、一前盖、一保护玻璃、一导热管支架、以及一第一连接器。该芯片载板是位于该外管内且邻近于该前端管口，且具有与该第一方向垂直的一承载面以及和该承载面相对的一后侧面。于该芯片载板上设有一电路布局；该至少一图像传感元件是设置于该承载面上且是电性连接于该电路布局；该至少一发光二极管是设置于该承载面上且是电性连接于该电路布局。该前盖是盖覆于该承载面上，且该前盖于相对应于该至少一图像传感元件及该至少两发光二极管的位置处均分别设置有一开孔，使得各该图像传感元件的一光感应面以及各该发光二极管的一发光面都可以分别塞置于与其相对应的该开孔并暴露于该前盖的一前端面。并且，该前盖是塞置且固定于该外管的该前端管口处；该柔性电路板的一端是电性连接于该芯片载板并与该电路布局电性连结。该保护玻璃是盖覆于该前盖的该前端面且对应于该至少一图像传感元件的该光感应面处。该导热管支架是套设于该导热管的该前端。该导热管支架的一外径大致符合或略小于该外管的一内径，可提供将该导热管的该前端定位并支撑于邻近该外管的该前端口的功能。该导热管支架具有一前端面，于该前端面上设有一导热片。该导热片是贴附且夹置于该导热管支架的该前端面与该芯片载板的该后侧面之间，使得该至少一图像传感元件与该至少一发光二极管产生的热可迅速有效地经由该芯片载板及该导热片传导至该导热管支架及该导热管。该第一连接器是设置于该柔性电路板较远离该芯片载板之端处；该第一连接器是用于连接该图像传输电路板。

于一实施例中，该图像采集模块更包括一热缩套管，至少套覆于该导热管、该导热管支架以及部份的该柔性电路板的外面；通过对该热缩套管加热可使热缩套管收缩并使得该柔性电路板贴靠于该导热管的外表面。

于一实施例中，该至少一发光二极管的数量是两个、且是分别位于该至少一图像传感元件的上、下两侧。

于一实施例中，该至少一图像传感元件的数量为两个，该两图像传感元件是左、右配置且都是位于该两发光二极管之间。

于一实施例中，于该手柄外表面设置有一指标线，该指标线标示了该图像传感元件的旋转角度为0度的位置。

于一实施例中，该至少一图像传感元件是互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor：简称CMOS)图像传感元件；该芯片载板上的该电路布局是将该至少一图像传感元件所产生的数字图像信号直接传送至该柔性电路板后再进一步传送至该图像传输电路板；于该图像传输电路板上的该控制单元包含符合一移动产业处理器接口(Mobile Industry Processor Interface；简称MIPI)标准的功能，用于将来自该至少一图像传感元件的该数字图像信号转换为可供电脑处理的该数字信号。

于一实施例中，经由该图像传输电路板转换后所产生的该数字信号是符合一高清多媒体接口(HDMI)标准、数字式视频接口标准(Display Port，DP)标准、一视频图形阵列(VGA)标准、一数字数字视频接口(Digital Visual Interface，DVI)或通用串行总线标准(USB)。

于一实施例中，该至少一光供应元件包含多条光纤；所述多条光纤是设置在该一次性集成内窥镜中而且是延伸于设置于该手柄上的一光纤接头和该芯片载板之间；所述多条光纤的前端是以环绕且散布于该至少一图像传感元件的外周围的方式设置于该芯片载板的该承载面上。

附图说明

图1为本发明一次性集成内窥镜的一实施例的立体组合图。

图2为本发明一次性集成内窥镜的一实施例的立体分解图。

图3为本发明一次性集成内窥镜的一实施例的剖面示意图。

图4A及图4B分别为本发明一次性集成内窥镜的图像采集模块的一实施例的立体示意图及立体分解图。

图5A及图5B分别是本发明一次性集成内窥镜的图像采集模块11的外管111的前端面的两个不同实施例(3D及2D)示意图。

图6A及图6B分别为本发明一次性集成内窥镜的手柄的一实施例的立体视图及A-A剖面图。

图7为本发明一次性集成内窥镜的图像传输电路板的一实施例的立体示意图。

图8为本发明一次性集成内窥镜的电缆模块的一实施例的立体示意图。

图9是本发明一次性集成内窥镜的另一实施例的立体组合示意图。

图10是本发明一次性集成内窥镜的另一实施例的剖面示意图。

图11是本发明一次性集成内窥镜的前端示意图。

图12是本发明一次性集成内窥镜的再一实施例的立体示意图。

图13是本发明一次性集成内窥镜的再一实施例的剖面示意图。

附图标记列表：10-一次性集成内窥镜；11-图像采集模块；110-光纤；1101-光纤前端；111、111a-外管；112-芯片载板；113、113a-图像传感元件；；114、114a-光供应元件；115-柔性电路板；1152-连接器；116-导热管；1161-导热管支架；1162-导热片；117-前盖；1171、1172-开孔；118、118a-保护玻璃；119-热缩套管；12-手柄；121-前端部；122-后端部；123-指标线；124-指标；125-防滑结构；126-光纤接头；127-后盖；1271-快插拔接头；1272-塞头部；1273-密封环；1274-电路板连接器；13-电缆模块；131-前端；1311-快插拔接头；132-快插拔接头；133-电路板连接器；14-图像传输电路板；141、142-集成电路集成电路元件；143、144-连接器插座；21-后端装置；211-快插拔接头；212-连接线；213-USB接头；22-工业控制计算机(IPC)；221-USB接口；23、24-显示装置；25-光源设备；251-输出接头；26-光纤缆线；261、262-光纤接头。

具体实施方式

本发明关于一种一次性集成内窥镜，将两个发光二极管(LED)以及两个互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器整合于内窥镜前端，不仅避免使用昂贵的导光棱镜而成为成本相对低廉且使用后可抛弃的一次性集成内窥镜，且通过发光二极管提供光源可获得人体内部组织或器官的更清晰的立体(3D)图像。并且，通过在内窥镜前端设置独创的导热管散热结构，把设置在内窥镜前端的图像传感器所产生的高热迅速传导至内窥镜后端来达到良好散热效果，避免内窥镜前端温度达到48℃以上而烫伤人体组织。

为了能更清楚地描述本发明所提出之一次性集成内窥镜，以下将配合图式详细说明之。

请参阅图1、图2及图3，分别为本发明一次性集成内窥镜的一实施例的立体组合图、立体分解图、及剖面示意图。于本发明中，一次性集成内窥镜10可适用于执行微创内窥镜手术，尤其是针对骨科、关节、脊椎、头骨脑部的微创内窥镜手术。通过医疗人员操作内窥镜10通过一小伤口进入病人体内并接近手术标的(例如人体组织或器官)。由内窥镜所采集到的手术标的图像可通过连接于内窥镜10后端的一后端装置21传送到一外部装置(例如，一医疗用的工业控制计算机22(IPC))(或称为控制主机)，再经由该工业控制计算机22将手术标的图像进行处理、储存及传送给一或多个显示装置23、24。这些显示装置23、24是以有线或无线通讯的方式和该工业控制计算机22连接并传输信号，由这些显示装置23、24接收来自该工业控制计算机22的图像输出信号并以二维(2D)或三维(3D)的方式将图像播放于该显示装置23、24。于本实施例中，该显示装置23、24可以是裸眼3D显示器23或智能眼镜24。当该显示装置23是智能眼镜时，医疗人员可以戴着智能眼镜并以3D虚拟实境的方式，例如虚拟现实(简称VR)或是增强现实(简称AR)，来观看由该内窥镜10采集到的3D图像。而当该显示装置23是裸眼3D显示器时，其可以被固定在墙上或其他位置，以便让其他医疗人员可以裸眼观看由该裸眼3D显示器所播放的3D图像而无须配戴智能眼镜。而在另一实施例中，显示装置23也可以是一般的2D显示萤幕，其将视觉化输出信号以2D的方式播放。通过观看由该智能眼镜或裸眼3D显示器所播放该手术标的之3D图像，医疗人员可以很容易、稳定及精准地操作医疗工具及/或医疗仪器来进行该微创内窥镜手术。于本实施例中，该工业控制计算机(IPC)22还可进一步连接其他一般常见的医疗仪器，例如但不局限于：手术灯、心电仪、双极射频主机、冷光源主机、电源供应主机、动力系统主机等等。

如图1至图3所示，于本实施例中，本发明的一次性集成内窥镜10包括有：一图像采集模块11、一手柄12连接于该图像采集模块11的后端、一电缆模块13连接于该手柄12的后端、以及一图像传输电路板14设置于该手柄12内部。一次性集成内窥镜10通过位于电缆模块13尾端的一快插拔接头132来连接该外部装置。于一实施例中，该快插拔接头132可以和该工业控制计算机22(IPC)上所具有的另一快插拔接头222相连接；亦即，于本实施例中，所述的该外部装置就是该工业控制计算机22。由此，由一次性式集成内窥镜10所产生的信号可经由相互连接的该两快插拔接头132、222传送至该工业控制计算机22进行后续的处理、分送传输、以及储存。于另一实施例中，该快插拔接头132也可以和后端装置21所具有的另一快插拔接头211相互匹配连接；此时，该外部装置就是该后端装置21，使内窥镜10产生的数字图像信号可通过相互组接的两对应快插拔接头132、211传送给后端装置21，并由设置于后端装置21内的控制单元将信号转换为符合通用串行总线(USB)通讯协议的数字信号后，经后端装置21的连接线212与USB接头213插接于工业控制计算机(IPC)22的USB接口221而传送给工业控制计算机22做进一步的信号处理、分送及储存。由于通用串行总线(USB)通讯协议是通用且常用的通讯协议，后端装置21可以让由本发明一次性式集成内窥镜10产生的信号传输给任何具有USB连接接口的工业控制计算机。本发明的一次性集成内窥镜10是设计成一体化且可抛弃(一次性使用)的产品，一旦完成微创内窥镜手术后，只需将两个快插拔接头132、211相互分离，就能把已使用过的内窥镜10丢弃、并更换一个全新的内窥镜10，避免交叉感染发生。

请参阅图4A及图4B，分别为本发明一次性集成内窥镜的图像采集模块的一实施例的立体示意图及立体分解图。于图3下半部标示有B的虚线区域是图3上半部同样标示B的虚线区域的部分放大图。如图3搭配图4A及图4B所示，于本发明一次性集成内窥镜10的一实施例中，该图像采集模块11是提供采集图像的功能，其包括有：一中空的外管111、一芯片载板112、至少一图像传感元件113、至少一发光二极管114、一柔性电路板115、一导热管116、一导热管支架1161、一前盖117、一保护玻璃118、以及一热缩套管119。在该实施例中，光供应元件是发光二极管(LED)114。该中空的外管111是由硬质(Rigid)且不可挠曲的材料所制成，例如但不局限于：不锈钢或钛合金等，其材质符合ISO10993生物性相容之条件。外管111呈细长管状，其沿一第一方向延伸一第一长度，且具有一前端管口及一后端管口。于本实施例中，该外管111的长度介于8cm至20cm之间、外径介于2mm至10mm之间、而管壁厚度则介于0.01mm至0.04mm之间为较佳；因为过长(超过20cm以上)的外管111易造成CMOS图像传感元件113的信号因传输距离过长而有杂讯或失真、而过粗(外径超过12mm以上)则会使病人伤口加大。该至少一图像传感元件113是位于该外管111内且邻近该前端管口，用于采集该前端管口外部一物体的图像并据以产生一图像信号。该至少一发光二极管(LED)114是位于该外管111内且邻近该前端管口，用于发出一光照射位于该前端管口外部的该物体。该芯片载板112是位于该外管111内且邻近于该前端管口，且具有与该第一方向垂直的一承载面(也可称为前侧面)以及和该承载面相对的一后侧面。于该芯片载板112上设有一电路布局；该至少一图像传感元件113是设置于该承载面上且是电性连接于该电路布局；该至少一发光二极管114是设置于该承载面上且是电性连接于该电路布局。该至少一发光二极管114的数量是两个、且是分别位于该至少一图像传感元件113的上、下两侧。并且，该至少一图像传感元件113的数量为两个，该两图像传感元件113是左、右相邻配置且都是位于该两发光二极管114之间。于本实施例中，该两图像传感元件113是以左右相邻排列的方式配置在该内窥镜11的前端管口的芯片载板112的前侧承载面上，且都是解析度至少为1280x720 pixels(像素)的互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor；简称CMOS)图像传感器；换言之，两个左右相邻排列的图像传感元件113组合的解析度至少2560x720 pixels。通过左右相邻配置的该两图像传感元件113，可在0.5mm至100mm距离之间以及角度为0.8度至8度之间的视差范围内，采集外部物体(例如人体内部组织或器官)清晰且可视的立体3D图像并将图像转换为数字图像信号。所以，在内窥镜11的前端管口的芯片载板112上无须另设置模拟数字转换器(A/D Converter)，故可大幅缩小内窥镜11的前端管口的外径。并且，该两发光二极管114是设置于芯片载板112的前侧承载面上且是分别位于该两图像传感元件113的上、下两侧，可以朝向外部物体发出光，不仅可协助两图像传感元件113获得人体内部组织或器官的更清晰的图像，更可避免产生暗影现象。

该柔性电路板115是呈一细长条薄片状且是容纳于该外管111内。该柔性电路板115的一前端是电性连接于芯片载板112并与该电路布局电性连结，进而通过该电路布局来电性连接于该至少一图像传感元件113与该至少一发光二极管114。该柔性电路板115的一后端是沿着该第一方向延伸并自该后端管口伸出该外管111一适当长度。该第一连接器1152是设置于该柔性电路板115较远离该芯片载板112之该后端处；该第一连接器1152是用于连接该图像传输电路板14的一连接器插座143。

该导热管116是容纳于该外管111内且是沿该第一方向延伸一第二长度。该导热管116的该第二长度约等于该外管111的第一长度。该导热管116的一前端是邻近于该至少一图像传感元件113与该至少一发光二极管114，该导热管116的一后端则是位于该外管111的后端管口附近。导热管116可将该至少一图像传感元件113与该至少一发光二极管114产生的热传导至该外管111的该后端管口附近，提供散热的功能。本发明的一次性集成内窥镜10更包含一独创的导热管支架1161，套设于该导热管116的前端。该导热管支架1161的一外径大致符合或略小于该外管111的一内径，可提供将该导热管116的该前端定位并支撑于邻近该外管111的该前端口的功能。并且，该导热管支架1161具有一前端面，于该前端面上设有一导热片1162。该导热片1162是贴附且夹置于该导热管支架1161的该前端面与该芯片载板112的该后侧面之间，使得该至少一图像传感元件113与该至少一发光二极管114产生的热可迅速有效地经由该芯片载板112及该导热片1162传导至该导热管支架1161及该导热管116；不仅可大幅提高导热管116的散热效果、且更兼具将导热管116连同芯片载板112及其上的图像传感元件113与发光二极管114都一并结合并定位在外管111的前端管口处的目的。通过此一本发明独创的导热管116与导热管支架1161的结构设计，使得本发明一次性集成内窥镜10即使是在外管111前端设置了多达两个图像传感元件113与两个发光二极管114，在长时间操作下，外管111前端的温度也都能保持在48℃以下，不会有烫伤人体组织之虞。

该前盖117是盖覆于该芯片载板112的承载面上，且该前盖117于相对应于该至少一图像传感元件113及该至少两发光二极管114的位置处均分别设置有一开孔1171、1172，使得各该图像传感元件113的一光感应面以及各该发光二极管114的一发光面都可以分别塞置于与其相对应的该开孔1171、1172并暴露于该前盖117的一前端面。并且，该前盖117是塞置且固定于该外管111的该前端管口处，使得该芯片载板112连同其上的图像传感元件113与发光二极管114都可一并被前盖117固定于该外管111的该前端管口处。该保护玻璃118是盖覆于该前盖117的该前端面且对应于该至少一图像传感元件113的该光感应面处。于本发明中，图像采集模块11的外管111、保护玻璃118及前盖117的材质皆符合ISO10993生物性相容之条件。

请参阅图5A及图5B，分别是本发明一次性集成内窥镜的图像采集模块11的外管111的前端面的两个不同实施例示意图。如图5A所示，当本发明一次性集成内窥镜是包含两个左右相邻配置的图像传感元件113并可采集3D图像时，因为需在外管111的前端管口设置两个图像传感元件113与两个发光二极管114，所以外管111的外径约介于5mm至10mm之间。如图5B所示，当本发明一次性集成内窥镜是仅包含单一个图像传感元件113a(由保护玻璃118a盖覆)及两个发光二极管114a并可采集2D图像时，因为设置的元件较少，所以外管111a的外径约介于3mm至6mm之间。

请参阅图6A及图6B所示，分别为本发明一次性集成内窥镜的手柄的一实施例的立体视图及A-A剖面图。于本实施例中，该手柄12是连结于该图像采集模块11的该外管111的该后端管口，做为使用者手持或器具夹持的位置。手柄12的材质为符合ISO10993生物性相容条件的医疗塑胶。该手柄12具有一内部空间、用于连接图像采集模块11之外管111的一前端部121、以及用于连接电缆模块13的一后端部122，于手柄12的外表面并设有多个环状凸起的防滑结构125。并且，本发明更独创于该手柄12外表面设置沿第一方向延伸的一指标线123或(及)一指标124，该指标线123或(及)指标124标示了该图像传感元件113的旋转角度为0度的位置，换句话说，就是面向手术医生六点钟方向的位置。因此，当使用者操作本发明一次性集成内窥镜10时，仅需观察该手柄12外表面的该指标线123或(及)指标124的位置便可了解其所拍摄到的图像的拍摄角度是否有旋转。或者，使用者也可操作、旋转手柄12使得其上的指标线123或(及)指标124位于使用者视觉上的正前方(也就是旋转角度为0度的位置)，由此可确保由该图像传感元件113所拍摄到的物体图像的旋转角度也是0度无发生旋转，由此可大幅提升内窥镜微创手术的精确性与安全性。

请参阅图7，为本发明一次性集成内窥镜的图像传输电路板的一实施例的立体示意图。该图像传输电路板14是提供图像信号中继处理的功能，其是位于该手柄12的该内部空间内。于该图像传输电路板14上设置有包含：可处理图像信号的一控制单元(包含至少一集成电路集成电路元件141、142与若干主动或被动元件的)、以及两连接器插座143、144。于一较佳实施例中，该集成电路集成电路元件141、142可以包括一现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array；简称FPGA)元件其是一种半导体集成电路集成电路，其电子功能可以客制化制订以加快关键工作效能，例如处理图像信号；此时，于工业控制计算机22中可以包含一图像信号处理(image signal processing；简称ISP)集成电路集成电路元件以接受并进一步处理这些已先由FPGA处理过的图像信号。此种创新设计兼具高效能及低成本的优势。然而，于另一实施例中，该图像传输电路板14所设置的集成电路集成电路元件141、142也可以只包含ISP集成电路集成电路元件，或是同时包含FPGA元件和ISP集成电路集成电路元件。该柔性电路板151的该后端是通过该第一连接器152来插接于位于该图像传输电路板14前端的连接器插座143，进而电性连接于该图像传输电路板14。由此，该至少一图像传感元件113所产生的该图像信号可经由该柔性电路板115传送至该图像传输电路板14，并由该控制单元中所包含的该至少一集成电路集成电路元件141、142将该图像信号转换成可供电脑处理的一数字信号。于本发明中，该芯片载板112上的该电路布局是将该至少一图像传感元件113(CMOS图像传感器)所产生的数字图像信号直接传送至该柔性电路板115后再进一步传送至该图像传输电路板14。于该图像传输电路板14上的该控制单元包含符合移动产业处理器接口(Mobile Industry Processor Interface；简称MIPI)标准的功能，用于将来自该至少一图像传感元件113的该数字图像信号转换为可供电脑处理的该数字信号。并且，经由该图像传输电路板14转换后所产生的该数字信号是符合一高清多媒体接口(HDMI)标准、数字式视频接口标准(Display Port，DP)标准、一视频图形阵列(VGA)标准、一数字数字视频接口(Digital Visual Interface，DVI)或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)标准。

请参阅图8，为本发明一次性集成内窥镜的电缆模块的一实施例的立体示意图。该电缆模块13是连结于手柄12以及图像传输电路板14，做为将图像信号传输至后端装置21以及接收来自后端装置21的电源与控制信号的功能。该电缆模块13的材质为符合ISO10993生物性相容条件的医疗塑胶，其具有包括：位于该电缆模块后端的一快插拔接头132、以及位于电缆模块前端131的一电路板连接器133其是通过一细长且可挠曲的电缆线电性连接于该快插拔街头132。该快插拔接头132可供与后端装置21的另一快插拔接头211以可拆卸的方式相互匹配连接。该电路板连接器133是插接于该图像传输电路板14后端的连接器插座144、进而电性连接于该图像传输电路板14，使得经由该控制单元所转换的该数字信号可经由该电缆模块13的该快插拔接头133而传送给该后端装置21。并且，该后端装置21也可经由该电缆模块13将电力提供给该图像传输电路板14。

请参阅图3搭配图4B所示。于本实施例中，本发明的一次性集成内窥镜10更包含该热缩套管119，其至少套覆于该导热管116、该导热管支架1161以及部份的该柔性电路板15的外面。通过对该热缩套管119加热可使热缩套管119收缩并使得该柔性电路板115贴靠于该导热管116的外表面。由此，除了可将导热管116、导热管支架1161以及柔性电路板115一起紧束成一体以便利组装之外、更可让柔性电路板115贴靠于该导热管116的外表面，使导热管116可对柔性电路板115提供良好的散热功能，进一步提升了导热管116对于图像采集模块11所能达到的散热效果。

由于以下所述的实施例的大部分元件与功能都和前述实施例相同或类似，所以，相同或类似的元件将给予相同的元件名称与编号、且不赘述其细节。

请参阅图9、图10及图11，其分别是本发明一次性集成内窥镜的另一实施例的立体组合图、剖面示意图、以及前端示意图。于此实施例中，本发明的一次性集成内窥镜10同样包括：一图像采集模块11、一手柄12连接于该图像采集模块11的后端、一电缆模块13连接于该手柄12的后端、以及一图像传输电路板14设置于该手柄12内部。图9至图11所示的本实施例与前述实施例的不同点在于，于本实施例中的一次性集成内窥镜10是使用多条光纤来把由一外部光源装置所发出的光线传送到一次性集成内窥镜10的前端，来照亮位于外管111前端管口之外的物体。换言之，本发明所述的该至少一光供应元件包括了多条光纤110。于本实施例中，于于该手柄12上设置了一光纤接头126，其可供与位于一光纤缆线26末端的另一光纤接头262相互连接。该光纤缆线26的另一末端也设置了一光纤接头261其是连接在一外界光源设备25的一输出接头251上。该光源设备25符合医疗设备相关安全标准且可经由输出接头251供应医疗用途的光源。所述多条光纤110是设置在该一次性集成内窥镜10中而且是延伸于设置于该手柄12上的该光纤接头126和邻近于该外管111前端管口处的该芯片载板112之间。由光源设备25产生的光可经由该光纤缆线26和该光纤接头261进入一次性集成内窥镜10的手柄12内，然后再经由所述多条光纤110传送至该芯片载板112的前端表面(亦即，承载面)。如图11所示，所述多条光纤110的前端1101是以环绕且散布于该至少一图像传感元件113的外周围的方式设置于该芯片载板112的该承载面上。由此，从这些光纤110前端送出的光线可以对位于该外管前端管口外部的物体(例如人体的组织或器官)提供均匀且清晰的照明功能。

请参阅图12及图13，其分别是本发明一次性集成内窥镜的再一实施例的立体示意图及剖面示意图。于此实施例中，本发明的一次性集成内窥镜10同样包括：一图像采集模块11、一手柄12连接于该图像采集模块11的后端、一电缆模块13连接于该手柄12的后端、以及一图像传输电路板14设置于该手柄12内部。图12及图13所示的本实施例与前述图1至图3所示实施例的不同点在于，于本实施例中的一次性集成内窥镜10中，其电缆模块13的前端131是通过一快插拔接头1311以可拆卸的方式连接于设置于手柄12后端部122处所设置的一后盖127上的另一相对应的快插拔接头1271。因此，本发明的一次性集成内窥镜10于每次使用后，只需将位于前侧的图像采集模块11与手柄12的部分拆解下来并抛弃；至于电缆模块13的部分则可以在依据医疗标准进行消毒后，便可以连接另一新的且已消毒过的图像采集模块11与手柄12，来进行下一次微创手术。

具体来说，于本实施例中，位于该手柄12后端的该后盖127的尾端侧是设置了该快插拔接头1271，其可供和设置于电缆模块13前端131的另一相对应快插拔接头1311快速地连接锁定或是拆解分离。后盖127的前端侧则设有一塞头部1272、环绕于该塞头部1272周围的一防水密封环(O-Ring)1273、以及电性连接于该快插拔接头1271的一电路板连接器1274。通过将塞头部1272塞入手柄12的后端部122开口处，并使密封环1273紧迫于手柄12后端部122的内壁表面，以达到密封与防水功效。该电路板连接器1274是插接于该图像传输电路板14后端的连接器插座144、进而电性连接于该图像传输电路板14。由此，经由该控制单元所转换的该数字信号可经由该电路板连接器1274以及相互对接的两快插拔接头1271、1311而传送给电缆模块13，进而通过电缆模块13尾端的再一快插拔接头132来连接并传送至工业控制计算机22。于本实施例中，该相互对接的两快插拔接头1271、1311可以是适用于符合50欧姆、75欧姆或其他阻值的同轴射频电缆标准(Coaxial Cable Specifications)的快插拔接头1271、1311。

唯以上所述之实施例不应用于限制本发明之可应用范围，本发明之保护范围应以本发明之申请专利范围内容所界定技术精神及其均等变化所含括之范围为主者。即大凡依本发明申请专利范围所做之均等变化及修饰﹐仍将不失本发明之要义所在，亦不脱离本发明之精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。

Claims (10)

1.一种可抛集成内窥镜，其特征在于，包括有：

一图像采集模块，可用于采集图像；该图像采集模块具有包括：

一中空的外管，沿一第一方向延伸一第一长度，且具有一前端管口及一后端管口；

至少一图像传感元件，位于该外管内且邻近该前端管口，用于采集该前端管口外部一物体的图像并据以产生一图像信号；

至少一光供应元件，位于该外管内且邻近该前端管口，用于发出一光照射位于该前端管口外部的该物体；

一柔性电路板，呈一细长条薄片状且是容纳于该外管内；该柔性电路板的一前端是电性连接于该至少一图像传感元件，该柔性电路板的一后端是沿着该第一方向延伸并自该后端管口伸出该外管；及

一导热管，容纳于该外管内且是沿该第一方向延伸一第二长度；该导热管的一前端是邻近于该至少一图像传感元件与该至少一光供应元件、该导热管的一后端则是位于该后端管口附近，该导热管可将该至少一图像传感元件产生的热传导至该外管的该后端管口附近，提供散热的功能；

一手柄，连结于该图像采集模块的该外管的该后端管口；该手柄具有一内部空间；

一图像传输电路板，位于该手柄的该内部空间内；于该图像传输电路板上设置有包含可处理图像信号的至少一集成电路元件的一控制单元；该柔性电路板的该后端是电性连接于该图像传输电路板，使得该至少一图像传感元件所产生的该图像信号可经由该柔性电路板传送至该图像传输电路板，并由该控制单元中所包含的该至少一集成电路元件将该图像信号转换成可供电脑处理的一数字信号；以及

一电缆模块，可供连结于该手柄且具有包括一快插拔接头；该电缆模块的一端可供与该图像传输电路板电性连接；该快插拔接头可供与一外部装置连接，使得经由该控制单元所转换的该数字信号可经由该电缆模块的该快插拔接头而传送给该外部装置，并且，该外部装置也可经由该电缆模块将电力提供给该图像传输电路板。

2.根据权利要求1所述的一次性集成内窥镜，其特征在于，该图像采集模块更包括：

一芯片载板，位于该外管内且邻近于该前端管口，且具有与该第一方向垂直的一承载面以及和该承载面相对的一后侧面；于该芯片载板上设有一电路布局；该至少一图像传感元件是设置于该承载面上且是电性连接于该电路布局；

一前盖，盖覆于该承载面上，且该前盖于相对应于该至少一图像传感元件及该至少两光供应元件的位置处均分别设置有一开孔，使得各该图像传感元件的一光感应面以及各该光供应元件的一发光面都可以分别塞置于与其相对应的该开孔并暴露于该前盖的一前端面；并且，该前盖是塞置且固定于该外管的该前端管口处；该柔性电路板的一端是电性连接于该芯片载板并与该电路布局电性连结；

一保护玻璃，盖覆于该前盖的该前端面且对应于该至少一图像传感元件的该光感应面处；

一导热管支架，套设于该导热管的该前端；该导热管支架的一外径大致符合或略小于该外管的一内径，可提供将该导热管的该前端定位并支撑于邻近该外管的该前端口的功能；该导热管支架具有一前端面，于该前端面上设有一导热片；该导热片是贴附且夹置于该导热管支架的该前端面与该芯片载板的该后侧面之间，使得该至少一图像传感元件产生的热可迅速有效地经由该芯片载板及该导热片传导至该导热管支架及该导热管；及

一第一连接器，设置于该柔性电路板较远离该芯片载板之端处；该第一连接器是用于连接该图像传输电路板。

3.根据权利要求2所述的一次性集成内窥镜，其特征在于，该图像采集模块更包括一热缩套管，至少套覆于该导热管、该导热管支架以及部份的该柔性电路板的外面；通过对该热缩套管加热可使热缩套管收缩并使得该柔性电路板贴靠于该导热管的外表面。

4.根据权利要求2所述的一次性集成内窥镜，其特征在于，该光供应元件是发光二极管；该至少一发光二极管是设置于该承载面上且是电性连接于该芯片载板的该电路布局；由该至少一发光二极管产生的热可以迅速且有效地经由该芯片载板及该导热片传导至该导热管支架及该导热管；该至少一发光二极管的数量是两个、且是分别位于该至少一图像传感元件的上、下两侧。

5.根据权利要求4所述的一次性集成内窥镜，其特征在于，该至少一图像传感元件的数量为两个，该两图像传感元件是左、右配置且都是位于该两发光二极管之间。

6.根据权利要求2所述的一次性集成内窥镜，其特征在于，于该手柄外表面设置有一指标线，该指标线标示了该图像传感元件的旋转角度为0度的位置。

7.根据权利要求2所述的一次性集成内窥镜，其特征在于，该至少一图像传感元件是互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor：简称CMOS)图像传感元件；该芯片载板上的该电路布局是将该至少一图像传感元件所产生的数字图像信号直接传送至该柔性电路板后再进一步传送至该图像传输电路板；于该图像传输电路板上的该控制单元包含符合一移动产业处理器接口(Mobile Industry Processor Interface；简称MIPI)标准的功能，用于将来自该至少一图像传感元件的该数字图像信号转换为可供电脑处理的该数字信号。

8.根据权利要求7所述的一次性集成内窥镜，其特征在于，经由该图像传输电路板转换后所产生的该数字信号是符合一高清多媒体接口(HDMI)标准、数字式视频接口标准(Display Port，DP)标准、一视频图形阵列(VGA)标准、一数字视频接口(DigitalVisualInterface，DVI)或通用串行总线标准(USB)。

9.根据权利要求2所述的一次性集成内窥镜，其特征在于，该外部装置是以下其中之一：一后端装置或一工业控制计算机；其中，当该外部装置是该后端装置时，该后端装置经由一通用串行总线(USB)接头而连接于另一工业控制计算机；其中，该电缆模块是以可拆卸的方式结合于该手柄的后端。

10.根据权利要求2所述的一次性集成内窥镜，其特征在于，该至少一光供应元件包含多条光纤；所述多条光纤是设置在该一次性集成内窥镜中而且是延伸于设置于该手柄上的一光纤接头和该芯片载板之间；所述多条光纤的前端是以环绕且散布于该至少一图像传感元件的外周围的方式设置于该芯片载板的该承载面上。

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