CN116261417A - 用于一次性内窥镜的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种内窥镜设备。该设备包括：细长构件，其包括近端和远端，和相机，其位于一次性细长构件的远端；一个或多个外部导向元件，其被配置为引导细长构件的远端的铰接运动，并且一个或多个外部导向元件中的每一个被单独控制；以及手柄组件，其可拆卸地附接到细长构件的近端。

Description

用于一次性内窥镜的方法和系统

引用

本申请要求2020年5月29日提交的美国临时专利申请号63/032,140和2020年6月2日提交的美国临时专利申请号63/033,404的优先权，其每一个通过引用全部并入本文。

背景技术

内窥镜在如医疗病症的各种病症的诊断和治疗中包括广泛的应用。在常见的内窥镜诊断中，一种器械或几种单独的器械可以与内窥镜结合使用来进行活检或其他治疗。器械通常作为与内窥镜分开的设备提供。这些器械可以包括，例如，机械工具，如抓握器、剪刀、篮子、圈套器、刮匙或高级器械，如激光光纤、缝合工具、球囊、粉碎机、各种植入物或支架输送设备等。内窥镜和器械常常由不同的设备制造商制造。即使它们由同一实体制造，由于内窥镜的成本和昂贵的主要设备，内窥镜和器械也是作为单独的设备制造的。

内窥镜传统上是可重复使用的，这可能需要在每个过程之后进行彻底的清洁、消毒和/或灭菌。在大多数情况下，清洁、消毒和灭菌可能是杀死细菌和/或病毒的腐蚀性处理。此类过程也可能对内窥镜本身很苛刻。因此，此类可重复使用的内窥镜的设计常常可能很复杂，特别是要确保内窥镜能够承受如此苛刻的清洁、消毒和灭菌方案。此类可重复使用的内窥镜可能常常需要定期维护和维修。

被指定用于单次使用的低成本、一次性医疗设备已流行用于难以正确清洁的器械中。单次使用、一次性设备被包装在无菌包装纸中，以避免如艾滋病毒、肝炎和其他病原体等疾病的致病性交叉污染风险。医院一般欢迎单次使用、一次性产品的便利性，因为他们不再需要担心产品老化、过度使用、破损、故障和灭菌。传统的内窥镜常常包括操作员用来操纵内窥镜的手柄。对于单次使用内窥镜，该手柄经常将相机、昂贵的电子器件和机械结构封闭在近端，以便传输视频并允许用户经由用户接口操纵内窥镜。这可能会导致单次使用内窥镜的手柄成本高昂。

发明内容

本文认识到需要允许以改进的性能和成本效率执行外科手术过程或诊断操作的内窥镜。本文还认识到包括内窥镜的设备和系统，其可以是一次性的并且可能不需要大量的清洁过程。本公开提供低成本的单次使用可铰接内窥镜，用于各种应用中的诊断和治疗，例如支气管镜检查、泌尿科、妇科、关节镜检查、骨科、耳鼻喉科、胃肠内窥镜检查、神经外科、宫腔镜、膀胱镜、电切镜和各种其他应用。应当注意的是，所提供的内窥镜系统可用于各种微创外科手术过程、治疗或诊断手术过程，这些手术过程涉及各种类型的组织，包括心脏、膀胱和肺组织，以及患者身体的其他解剖区域，如消化道系统，包括但不限于食道、肝脏、胃、结肠、泌尿道，或者呼吸系统，包括但不限于支气管、肺，以及各种其他系统。

在一个方面，本公开提供了一种设备，包括：细长构件，其包括近端和远端，其中相机位于该细长构件的远端，并且该细长构件包括至少一部分控制单元，其用于控制该细长构件的远侧部分的铰接；和手柄组件，其经由接口可拆卸地附接到该细长构件的近端，其中该手柄组件包括用于处理从相机发送的数据的电子器件。

在一些实施方式中，手柄组件是可重复使用的，并且该手柄组件与该细长构件的近端之间的接口提供电连接。在一些实施方式中，该接口包括锁定机构，其用于固定该手柄组件与该细长构件的近端之间的机械连接。在一些实施方式中，细长构件是单次使用的，并且控制单元的用户接口位于该细长构件的近端。在一些情况下，用户接口包括旋钮、杠杆或按钮。在一些情况下，用于流量管理的机械结构位于细长构件的近端。

在一些实施方式中，细长构件具有可调整的刚度或影响远侧部分的铰接。在一些情况下，细长构件包括加强元件，并且其中该细长构件的刚度是通过调整插入该细长构件的加强元件的长度来调整的。

在另一方面，本公开提供了一种设备，包括：细长构件，其包括近端和远端，其中相机位于该细长构件的远端；一个或多个外部导向元件，其被配置为引导该细长构件的远端的铰接运动，一个或多个外部导向元件被单独控制；和手柄组件，其可拆卸地附接到该细长构件的近端。在一些实施方式中，细长构件放置在一个或多个外部导向元件内部并且相对于一个或多个外部导向元件是可移动的。

在一些实施方式中，一个或多个外部导向元件中的每一个都包括铰接控制机构，用于控制相应的外部导向元件的铰接。在一些实施方式中，通过添加或移动所述一个或多个外部导向元件或通过配置所述一个或多个外部导向元件相对于彼此的弯曲方向来调整所述细长构件的远端的弯曲方向。在一些实施方式中，一个或多个外部导向元件中的至少一个是预弯曲的。

在另一方面，本公开提供了一种设备，包括：器械，其用于执行确定的外科手术过程，该器械包括接受所述内窥镜的腔；和该内窥镜，其包括位于该内窥镜的远侧尖端的相机，其中该内窥镜包括铰接控制机构，其用于控制该设备的铰接。在一些实施方式中，该器械为气管插管或Foley导管。在一些实施方式中，器械和内窥镜是一次性的。

在另一方面，本公开提供了一种设备，包括：细长构件，其包括近端和远端，其中相机位于该细长构件的远端，并且其中该细长构件包括至少由一个或多个流体接入孔形成的铰接段；和手柄组件，其可拆卸地附接在该细长构件的近端，其中该手柄组件包括用于处理从相机发送的图像数据的电子器件。

在一些实施方式中，手柄组件包括电磁(EM)传感器以检测重力方向。在一些情况下，该重力方向基于从位于手柄组件的EM传感器和位于细长构件的远端的EM传感器收集的传感器数据来确定。在一些情况下，该重力方向用于校正图像数据的视图。在一些实施方式中，设备还包括连接到细长构件的近端的流体防护罩。

根据以下详细描述，本公开的附加方面和优点对于本领域技术人员将变得容易理解，其中仅示出和描述了本公开的说明性实施方式。如将意识到的，本公开能够具有其他和不同的实施方式，并且其若干细节能够在各个明显方面进行修改，所有这些修改都不偏离本公开。因此，附图和说明书在本质上应被视为说明性的，而非限制性的。

援引并入

本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请都以引用的方式并入本文，其程度就如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体地并单独地指出通过引用并入的程度一样。在通过引用并入的出版物和专利或专利申请与本说明书中包含的公开内容相矛盾的程度上，本说明书旨在取代和/或优先于任何此类矛盾的材料。

附图说明

在所附权利要求书中具体阐述了本发明的新颖特征。通过参考以下阐述其中利用了本发明原理的说明性实施方式以及附图(在本文中也称为“附图”和“图”)的详细描述，将获得对本发明的特征和优点的更好理解，其中：

图1示意性地示出了内窥镜设备的示例性近端的图。

图2显示了根据本公开的一些实施方式的具有内置接口的示例性单次使用内窥镜。

图3显示了具有工作通道或流体通道的导管或内窥镜轴的示例。

图4显示了连接到一次性导管或内窥镜轴的可重复使用的手柄的示例。

图5显示了可拆卸地耦接到手柄的一次性导管或内窥镜轴的示例。

图6显示了具有安全连接的接口的示例。

图7显示了由帷保护的可重复使用的手柄组件的示例。

图8显示了包括流量管理特征的内窥镜设备的各种示例。

图9显示了具有铰接段的内窥镜的各种示例性实施方式。

图10显示了单次使用铰接式气管导管或具有铰接的Foley导管的各种示例。

图11显示了可与现有气管导管或Foley导管组装的铰接式内部引导件的示例。

图12显示了将铰接式喷水器设备和粉碎机与单次使用内窥镜相结合的集成设备的示例。

图13显示了具有集成定位/位置传感器的内窥镜的示例。

图14显示了内窥镜的示例，该内窥镜提供有用于可操纵性和控制的外部导向元件。

图15显示了根据本公开的一些实施方式的具有外部导向元件的内窥镜设备的示例。

图16显示了具有外部导向元件的内窥镜的示例。

图17显示了用于内窥镜和/或外部导向元件的铰接控制机构的各种示例。

图18和图19显示了用于诊断目的的具有可铰接轴的单次使用内窥镜(即，宫腔镜、膀胱镜、切除镜)的示例。

图20显示了可铰接轴的各种低成本设计的示例。

图21显示了示例性系统模块。

图22显示了单次使用流体防护罩的示例，以避免患者体液溅到手柄或操作员。

图23显示了系统的图像拼接能力的示例。

图24显示了手柄上的轴的铰接的控制的示例。

具体实施方式

虽然本文已经示出并描述了本发明的各种实施方式，但对于本领域技术人员容易理解的是，这些实施方式仅作为示例提供。在不偏离本发明的情况下，本领域技术人员可以想到许多变化、改变和替换。应当理解，可以采用本文描述的本发明实施方式的各种替代方案。

本文公开的实施方式可以以许多方式中的一种或多种组合，以向患者提供改进的诊断和治疗。例如，所公开的实施方式可以与现有方法和设备组合以提供改进的处置，诸如与肺诊断、手术和其他组织和器官的手术的已知方法组合。应理解，如本文所述的任何一个或多个结构和步骤可以与如本文所述的方法和设备的任何一个或多个附加结构和步骤组合，附图和支持文本提供根据实施方式的描述。

每当术语“至少”、“大于”或“大于或等于”在两个或更多个数值的系列中的第一个数值之前时，术语“至少”、“大于”或“大于或等于”适用于该数值系列中的每个数值。例如，大于或等于1、2或3相当于大于或等于1、大于或等于2或大于或等于3。

每当术语“不多于”、“少于”或“少于或等于”在两个或更多个数值的系列中的第一个数值之前时，术语“不多于”、“少于”或“少于或等于”适用于该数值系列中的每个数值。例如，少于或等于3、2或1相当于少于或等于3、少于或等于2或少于或等于1。

如本文所使用的，处理器包含一个或多个处理器，例如，单个处理器或例如分布式处理系统的多个处理器。如本文所述的控制器或处理器一般包括用于存储用以实现过程的步骤的指令的有形介质，并且处理器可以包括例如中央处理单元、可编程阵列逻辑、门阵列逻辑或现场可编程门阵列中的一个或多个。在一些情况下，一个或多个处理器可以是可编程处理器(例如，中央处理单元(CPU)或微控制器)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或一个或多个高级RISC机器(ARM)处理器。在一些情况下，一个或多个处理器可以可操作地耦合到非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质可以存储可由一个或多个处理器单元执行以进行一个或多个步骤的逻辑、代码和/或程序指令。非暂时性计算机可读介质可以包括一个或多个存储器单元(例如，可移除介质或外部存储如SD卡或随机存取存储器(RAM)等)。本文公开的一个或多个方法或操作可以在硬件组件或硬件和软件的组合(例如ASIC、专用计算机或通用计算机等)中实现。

虽然示例性实施方式可以针对泌尿外科、妇科、鼻科、耳科、喉镜检查、具有内窥镜的胃肠病学、包括内窥镜和器械的组合设备、具有定位特征的内窥镜，但本领域技术人员将理解，这并不旨在限制，并且本文中描述的设备可用于其他治疗或诊断过程以及患者身体的其他解剖区域，诸如眼、胃、肠、卵巢等，形式为：神经内窥镜、脑镜、眼镜、耳镜、鼻镜、喉镜、胃镜、食管镜、支气管镜、胸腔镜、肾镜、胃镜、十二指肠镜、胆管镜、腹腔镜、宫内窥镜、泌尿镜、宫腔镜、膀胱镜、直肠镜、结肠镜、关节镜、唾液内窥镜、骨科内窥镜等，与各种工具或器械组合使用。

如本文所使用的，术语远侧和近侧一般可以指从设备参考的位置，并且可以与解剖参考相反。例如，内窥镜或导管的远侧位置可以对应于患者的细长构件的近侧位置，并且支气管镜或导管的近侧位置可以对应于患者的细长构件的远侧位置。

如本文描述的设备或内窥镜设备，包括细长部分或细长构件，诸如导管。除非上下文另有说明，否则术语“细长构件”、“导管”、“内窥镜轴”在整个说明书中可互换使用。细长构件可以直接放置到体内腔或体腔中。

本公开的内窥镜可用于检查对象的内部解剖结构，诸如动物和人类对象。对象可以包括动物，诸如猪，小鼠，狗，哺乳动物，啮齿动物，猴子和其他动物。对象可以包括人类对象，诸如患者。本文提供的方法和系统可用于诊断和/或治疗对象和/或部分对象。

在本公开的一些实施方式中，提供了一种低成本、单次使用、用于诊断和治疗的铰接设备。一次性设备(诸如一次性内窥镜)可能不需要术后清洁、消毒和灭菌。一次性或单次使用设备可以在手术过程后处理，并节省用户宝贵的时间和精力。例如，单次使用内窥镜在每个手术过程中仅使用一次，从而避免了手术过程后的重新处理，或导致患者之间交叉污染的风险并减少感染。在一些情况下，单次使用内窥镜可以包括可拆卸地附接到可重复使用的手柄组件上的一次性导管。

在公开的一些实施方式中，内窥镜可以包括以较低成本的近端或手柄组件的优化设计。手柄组件可以重复使用并以较低的成本提供。近端或手柄组件可能具有独特的设计，使得昂贵的模块定位于可重复使用的部分。此外，近端可以包括单次使用导管和手柄组件之间的改进接口机构，从而提供改进的模块化和/或方便的组装。在一些实施方式中，内窥镜和手柄组件经由接口连接。例如，接口可以提供电连接、机械连接和/或照明对齐。

图1示意性地示出了示例性近端101的图。近端可以指内窥镜设备的近端。例如，近端可以包括手柄组件或手柄。术语“手柄组件”和“手柄”可以在整个说明书中互换使用。近端可以连接到柔性的、可铰接的轴或导管108。

内窥镜通过复杂和曲折的路径的导航对于检查的成功至关重要，对患者的疼痛、副作用、风险或镇静作用最小。现代内窥镜包括偏转内窥镜远侧尖端以遵循被检查结构的路径的方法，对周围组织的偏转或摩擦力最小。在内窥镜本体内载运控制电缆或拉索，以便将远端附近的铰接段连接到近侧内窥镜手柄处的一组控制旋钮。通过操作控制旋钮，操作员通常能够在插入过程中操纵内窥镜并将其引导到感兴趣的区域。

在一些情况下，近端可以包括铰接控制用户接口102，诸如用于控制内窥镜远侧铰接的杠杆或旋钮。铰接控制用户接口可用于控制导管远侧部分在一个或多个自由度(例如，铰接)上的弯曲运动。例如，旋转旋钮可以连接到一根或多根拉线或控制电缆上以控制远侧铰接结构的方向，并且杠杆可以拉动或释放一根或多根拉线以控制铰接结构的方向。

在一些情况下，近端可以包括诸如鲁尔(lure)或阀门103的连接器，用于空气、真空或流体控制和/或流量管理。例如，管状组件107可以经由鲁尔或阀门连接到近端。任何合适的灌洗和抽吸系统都可以通过连接器103(例如，鲁尔或阀门)连接到内窥镜。例如，灌洗系统可以注入诸如盐水的液体，并且抽吸系统可以将粘液、盐水或其他物质从气道中抽出。

近端101可以包括用于照明源和成像控制104的电子器件。由位于远端的相机捕获的图像/视频可以经由连接到位于近端的成像控制模块104的电缆106传输。成像控制模块可以包括一个或多个处理器和电子器件，用于处理图像信号或执行与图像采集相关的其他操作。例如，远侧尖端可以包括诸如相机的成像设备和诸如光传输纤维的照明元件。相机可以具有任何显示分辨率，例如全高清、高清、视频图形阵列(VGA)或低于VGA。相机可以居于远端，并且电缆106可以连接到相机以提供电力和用于数据传输。光可以通过光传输材料或光传输纤维传输。在一些情况下，近端可以包括一个或多个用户控制元件(例如，按钮)或用于控制内窥镜的一个或多个功能的其他用户接口105。

关于相机、铰接控制机构、控制电缆、流量系统等的任何描述都可以应用于如本文后面描述的其他内窥镜、系统、手柄。

图2至图8显示了根据本公开的一些实施方式的用于单次使用内窥镜的近端的各种示例。图2显示了包括接口204的示例性单次使用内窥镜201。一次性内窥镜201可以经由接口204可拆卸地连接到手柄202、203。在一些情况下，手柄202、203可以是可重复使用的，并且内窥镜201可以是一次性的。在一些情况下，内窥镜201和手柄202、203可以可拆卸地附接，使得内窥镜可以从手柄中释放并在单次使用后被处置，同时该手柄可以重复使用。

接口204可以提供机械和电连接。接口204可以包括机械接口和电接口。机械接口204可以允许内窥镜被释放地耦合到手柄上。例如，手柄可以经由快速安装/释放机构(诸如磁铁和弹簧加载杠杆)连接到内窥镜上。在一些情况下，内窥镜可以手动耦合到手柄或从手柄上释放，而无需使用工具。

在一些情况下，接口204可以提供电连接，允许位于手柄和内窥镜的电子器件之间进行电力和数据传输。接口204可以具有统一的设计，使得它可以允许一次性内窥镜连接到无线手柄202或有线手柄203。例如，内窥镜可以经由同一接口连接到无线手柄或有线手柄两者。

如上所述，手柄组件可以是无线手柄202或有线手柄203。手柄组件可以包括要连接到接口204的配接接口208。例如，接口204可以包括焊接在诸如印刷电路板(PCB)的电子板上的引脚。例如，插座连接器(例如，母连接器)被提供在手柄上作为配接接口208。在这个情况下，当内窥镜插入手柄时，引脚和连接器之间的连接可以在内窥镜和手柄之间提供足够的机械连接力，以及给内窥镜供电。在另一示例中，近端的电板可以插入到手柄内部的插座配接连接器中。当连接这个连接对时，内窥镜近端处的光传输纤维可以与手柄中的光源对齐。这个接口204可以提供电连接、机械连接以及照明的对齐。例如，可以由在接口204处终止的有线电缆向相机提供电力。在一些情况下，电缆线可能在为相机以及内窥镜远侧尖端处的照明元件或其他电路提供电力的线束中。相机和/或光源可以经由导线、铜线或经由贯穿内窥镜长度的任何其他合适装置从设置在手柄部分的电源205供电。备选地，相机捕获的视频和图像可以经由无线通信传输。应当注意的是，关于接口的任何描述都可以应用于本文后面描述的设备、内窥镜、系统。

无线手柄组件202可以包括例如电源(例如，电池组)205和无线通信模块206。电池组205可以是可再充电的或一次性的。电源可以为内窥镜和/或内窥镜的电子组件(例如，相机)提供电力。无线通信模块206可以通过安全的无线机制诸如WiFi、蓝牙、RF通信或其他形式的通信来传输视频信号。无线信号可以由计算机接收并显示来自内窥镜的实时视频。例如，由相机捕获的图像或视频可以广播到多个设备或系统。在一些情况下，手柄的设计可能使操作员看不到电线或电线不暴露给操作员。有线手柄组件203可以提供有线通信，例如电缆207，到外部设备/系统(例如，计算机、显示器)。在一些情况下，有线电缆207可以向内窥镜设备提供电力以及传输视频。关于有线/无线手柄及其组件(例如，电源、通信模块)的任何描述都可以应用于本文其他地方描述的手柄的其他实施方式。

图3显示了具有工作通道或流体通道304的导管或内窥镜轴301的示例。导管或内窥镜轴301可以包括接口，该接口可以与图2中描述的接口相同，允许内窥镜可拆卸地连接到可重复使用的无线手柄302或有线手柄303。这可以在不同类型的内窥镜和不同的手柄设计之中提供具有改进灵活性和兼容性的接口。

在一些实施方式中，近端可以以降低的成本具有用于铰接控制模块的改进设计。对于柔性内窥镜，内窥镜的远侧部分和/或铰接段典型地通过拉线/驱动电缆进行控制，拉线/驱动电缆从内窥镜的远端一直延伸到近端。本公开的可重复使用手柄组件可以保留控制内窥镜铰接的性能，同时降低成本。例如，诸如复杂机械部件或昂贵的电子器件(例如，图像处理单元、电板)的组件可以与低成本组件(例如，机械控制用户接口、连接器或流量管理特征)分开，并分别位于一次性内窥镜或可重复使用的手柄上，以实现总体成本的降低。

图4和图5显示了具有不同铰接控制模块的示例性手柄。手柄可以设计成使得一个或多个机械控制模块(诸如用于接合灌洗系统/抽吸系统的鲁尔和用于铰接控制的杠杆/旋钮等)可以位于内窥镜，而用于成像控制的电子器件可以保存于手柄处。

图4显示了可重复使用的手柄402、403连接到一次性导管或内窥镜轴401的示例。可重复使用的手柄(诸如无线手柄402和有线手柄403)可以与图2和图3中描述的手柄组件相同。在所示示例中，铰接控制模块405的用户接口可以位于内窥镜的近侧部分。一个或多个机械元件(诸如杠杆)可以位于内窥镜的近侧部分，允许用户拉动驱动电缆从而铰接/弯曲柔性导管或内窥镜轴407的尖端。在一些情况下，用于接合灌洗/抽吸系统的连接器(例如，鲁尔406)也可以位于内窥镜的近侧部分。这有益地将低成本的机械组件(诸如，连接器406、铰接控制用户接口405)移动到一次性内窥镜，同时将昂贵的电子器件保留到可重复使用的手柄402，从而降低手柄的成本。柔性导管或内窥镜轴可以包括在近侧部分处的配接特征404，以连接到手柄。在这个情况下，手柄的主要功能可能包括为内窥镜提供电力、照明和成像控制。

在一些情况下，机械元件的一部分可以移动到导管或内窥镜轴上。图5显示了一次性导管或内窥镜轴501可拆卸地耦合到手柄502的示例。在示出的示例中，一次性导管或内窥镜轴501可以不包括任何机械用户接口(例如，用于铰接控制的杠杆或旋钮)。柔性导管或内窥镜轴501可以具有简单的机械机构作为内窥镜近端的铰接驱动模块的一部分。机械机构可以是齿轮503，其直接连接到驱动电缆，并进一步连接到位于手柄处的配接机械机构(例如，齿轮506)。在可重复使用的手柄502处，配接机械机构诸如齿轮506，可以连接到位于手柄502处的机械用户接口(例如，杠杆507)。在这个情况下，铰接控制机构(例如，齿轮506)、机械控制用户接口(例如，杠杆507)、无线通信模块508、电池组509的至少一部分可以位于可重复使用的手柄处，而铰接控制机构的一部分(例如，齿轮503)位于导管或内窥镜轴处。

一次性柔性导管或内窥镜轴501可以具有与图2或图3中描述的相同的电接口。备选地，一次性柔性导管或内窥镜轴501可以具有单独的电接口，诸如电缆505，其连接到可重复使用的手柄以供电并传输图像/视频。

导管或内窥镜轴与手柄之间的电接口和机械接口是信号完整性的关键接口。本公开提供了一种近端设计，包括具有安全连接的接口。

图6显示了内窥镜轴和手柄之间具有安全连接的接口的示例。如示例中所示，一次性导管或内窥镜轴601可以通过卡边缘连接器连接到可重复使用的手柄602，其中PCB板603和配接连接器604驻留在导管和手柄的两侧。在一些情况下，接口可以包括一对磁铁606，以利于导管和可重复使用手柄之间的连接。在一些情况下，电接口可以包括一对引脚连接器607和609。例如，电接口可以包括探针式连接器608和具有表面接触垫610的板。

机械接口可以包括锁定机构，以固定手柄组件和细长构件近端之间的机械连接。例如，机械接口可由锁定机构605固定。在一些示例中，锁定机构可以包括快速释放机构。在一些示例中，一个或多个机械连接特征可以包括卡扣式机构。可以使用任何合适的锁定机构，诸如卡扣、锁定、夹子、导轨、机械变形、机械紧固、联锁连接、法兰和/或其他器械、工具和/或机构或其任何组合。这可以有益地确保电连接和机械连接的可靠性。

如图所示，电池组可以是一次性电池611或可充电电池612。在一些情况下，电池可以通过无线线圈613充电。例如，充电站可以被配置为使用感应传输将充电功率传输到内窥镜轴或手柄。初级线圈613可以集成到充电站中，以将感应能量传输到集成在手柄中的次级线圈。次级线圈可用于为手柄的一个或多个电池充电。

这些可重复使用手柄的无菌管理在无菌临床过程中变得至关重要。在一些实施方式中，所提供的设备还可以包括无菌帷，以在操作期间保持手柄无菌。在一些情况下，无菌帷是帷袋。在一些情况下，无菌帷会进一步覆盖手柄的电缆。

图7显示了由帷保护的可重复使用手柄组件的示例。如示例中所示，一次性导管或内窥镜轴701连接到由无菌帷703覆盖的无线可重复使用手柄702。无菌帷703可以是绕手柄组件702包裹的无菌袋，向医生提供完整的无菌设备。

在一些情况下，当手柄组件包括用于铰接控制的用户接口(例如，杠杆、旋钮)时，无菌帷704可以具有开口704以接受手柄组件702并在操作705期间可重复密封。例如，无菌帷704可以包括具有密封法兰的出口孔，使得用户可以访问铰接控制装置。可以使用任何合适的装置来密封开口。例如，胶带、拉链、按钮或滑块可用于提供密封屏障。

传统的内窥镜设备可提供有流量控制特征，诸如鲁尔或阀门以连接到灌洗和/或抽吸系统。灌洗系统可以注入诸如盐水等液体，抽吸系统可以将粘液或盐水或其他物质从气道中抽出。图8显示了包括用于管理流量的阀门803的传统内窥镜设备801的示例。入口804可以经由连接器802连接到内窥镜的工作通道。流量管理特征(例如，阀门803)可以集成到连接器中，并且通常与单次使用内窥镜801一起设置。

在一些实施方式中，本单次使用内窥镜可提供有备选的流量管理特征，其位于可重复使用入口处。如图8所示，诸如气动806的流量管理特征可以提供给用于空气、真空或流体控制的入口。将流量管理特征806从单次使用连接器805移动到可重复使用入口可以有益地降低一次性内窥镜的成本。

传统的内窥镜可以具有柔性轴，其可以通过控制电缆或拉线铰接。例如，一根或多根拉线的远端可以锚定或附接到柔性轴的远侧部分，使得控制单元对拉线的操作可以对远侧部分施加力或张力，该远侧部分可以操纵或铰接(例如，向上、向下、俯仰、偏航或其间的任何方向)柔性轴的至少远侧部分(例如，柔性段)。传统的铰接结构常常需要使用附加元件，诸如多个相互连接的节段、枢轴、铰链等来实现铰接。然而，由于复杂的几何结构，此铰接结构可能难以清洁和/或消毒。

在本公开的一个方面，提供了一种改进的用于内窥镜的铰接段设计。该铰接段可以由低成本，易于批量生产的铰接特征组成，允许内窥镜的远端通过一根或多根控制电缆向所需方向弯曲。此铰接段可以避免使用具有复杂几何结构的铰接接头，从而易于消毒和清洁。

图9显示了具有铰接段的内窥镜的各种示例性实施方式。在一些情况下，导管或内窥镜轴的远侧尖端以两个或更多个自由度铰接/弯曲，以便提供所需的相机视图。如示例901中所示，相机907位于导管或内窥镜轴906的远端。相机的视线908可以通过控制远端的铰接来控制。在一些实施方式中，代替铰接或除了铰接之外，可以借助光学元件(例如，棱镜)909来调整相机的视线，从而简化铰接接头的机械结构。在一些实施方式中，相机907的角度可以是可调整的，使得可以调整视线而无需铰接导管或内窥镜轴的远侧尖端。例如，相机可以相对于内窥镜尖端的轴向以一定角度(例如，倾斜)定向。

在一些情况下，导管或内窥镜轴的远侧尖端可由多根拉索910驱动。拉索的远端可以锚定在内窥镜的尖端，使得当施加力时，铰接段/颈部部分911可以弯曲成一个或多个方向。如示例902所示的拉索可以与示例901中描述的可单独调整的相机结合使用。

在另一个示例914中，导管或内窥镜轴914的铰接段可以包括铰接结构，诸如切口/狭槽915。铰接结构可以包括形成在颈部部分/远侧部分处的一个或多个切口/狭槽结构，使得颈部部分可以被铰接。通过直接在内窥镜的轴或颈部部分引入切口或狭槽结构，可以在没有额外组件(例如，铰接接头、铰链、枢轴等)的情况下实现铰接，这有利地简化了铰接段的几何设计，从而达成降低一次性内窥镜的成本。

柔性导管或轴的铰接可受铰接段的设计或导管的刚度的影响。在传统设计中，刚度或铰接段是固定的，在使用过程中无法调整。在一些实施方式中，本公开的细长构件可具有可调整的刚度或可调整的铰接段，以影响远侧部分的铰接。在一些情况下，相机可以位于内轴912的远侧尖端，该内轴912可以灵活/顺应并且易于弯曲，如示例903所示。如903所示的导管或内窥镜轴还可以包括外鞘913，以给内轴912提供足够的支撑和硬度。外鞘可能比内轴更硬或更刚。为了实现铰接，内轴912的远侧部分可以延伸到外鞘的远端上，使得延伸部分可以以所需程度弯曲到所需方向。在一些情况下，弯曲程度可以至少通过控制在外鞘上延伸的内轴部分的长度来控制。

在一些情况下，可调整铰接或可调整刚度可借助可滑动加强筋918实现，如示例905所示。例如，轴可以包括加强元件，并且轴的刚度通过调整插入该轴的加强元件的长度来调整。轴916可以是例如包括通道917的塑料管。加强筋918可以插入通道917内部并且可相对于轴916滑动以实现铰接。组装体919可以沿长度具有可变刚度。刚度可以通过调整插入轴中的加强筋918的长度来调整。例如，通过将更长的加强筋插入轴中，可以实现更大的刚度。

气管插管和Foley导管已广泛应用于气道管理和膀胱排空。气管插管是一种柔性塑料管，通过口腔放入气管(气道)以帮助患者呼吸。然后将气管插管连接到呼吸机，呼吸机将氧气输送到肺部。在泌尿科中，Foley导管是临床医生通过尿道进入膀胱排出尿液的柔性管。由于尖端缺乏刚度和铰接能力，此类设备已很难插入患者体内，特别是当它们通过患者解剖学的自然曲率插入时，例如，从鼻子/嘴巴到喉部，从尿道到前列腺。希望提供具有直接可视化的铰接插管或Foley导管，以实现可操作性和解剖学的确认。

在本公开的一个方面，提供了一种低成本、单次使用铰接式气管插管和铰接式Foley导管。铰接式气管插管和铰接式Foley导管也可能具有可视化能力。

图10显示了具有铰接1003、1004的单次使用铰接式气管插管或Foley导管的各种示例。具有可视化的铰接式气管插管或Foley导管可以设计为以降低成本实现改进的性能。如上所述，传统的气管插管1001或Foley导管1002可以包括球囊1005和吸管1006。提供的单次使用铰接式气管插管1003和单次使用铰接式Foley导管1004可以包括位于管远侧部分的相机1009。相机1009可以经由电缆1008连接到近端，用于传输图像信号。管的铰接可以由一根或多根拉线1007控制。与单次使用内窥镜设计类似，拉线的远端可以锚定在管的远侧部分以施加力。

在一些实施方式中，气管插管或Foley导管的铰接和视觉能力可以通过单独的铰接设备提供。图11显示了铰接式内部引导件1101的示例，其可组装到现有的气管插管1107或Foley导管1108以提供铰接和视觉能力。

在一些情况下，铰接和视觉能力可由单独的铰接式内部引导件1101提供。铰接式内部引导件1101可以通过现有气管插管1107或Foley导管1108的通道插入。铰接式内部引导件1101可以具有管状体，包括具有外壁和中央腔的圆柱体。外壁可以适应于现有气管插管1107或Foley导管1108的通道。铰接式内部引导件1101可以包括位于远侧部分的相机1105，并且图像信号可以经由电缆传输到位于近端的显示器1102。铰接可以借助一根或多根拉线1104来实现，使得当通过拉线对内部引导件的远侧部分施加力时，内部引导件的铰接段1106可以被弯曲。内部引导件的铰接段和铰接控制机构可以与本文其他地方描述的相同。在一些情况下，内部引导件的近端还可以包括用于铰接控制的用户接口1103(例如，杠杆、旋钮)。在一些情况下，器械(例如，气管插管或Foley导管)和内窥镜都是一次性的。

在一些实施方式中，本公开提供了具有集成器械的内窥镜。传统上，诸如抓握器、剪刀、篮子、圈套器、刮匙、激光光纤、缝合工具、球囊、粉碎机、各种植入物或支架输送装置等器械作为与内窥镜分开的部件提供。上述器械可用于具有不同类型的内窥镜(例如：神经内窥镜、脑镜、眼镜、耳镜、鼻镜、喉镜、胃镜、食管镜、支气管镜、胸腔镜、胸膜镜、血管镜、纵隔镜、肾镜、胃镜、十二指肠镜、胆道镜、胆管镜、腹腔镜、宫内窥镜、泌尿镜、宫腔镜、膀胱镜、直肠镜、结肠镜、关节镜、唾液内窥镜和骨科内窥镜)的各种内窥镜中。例如，粉碎机可用于妇科和鼻科以治疗息肉。球囊可用于鼻科的鼻窦整形术。某些植入物或支架可用于治疗鼓膜后面的液体(鼓膜切开术)、打开鼻窦口或通过打开前列腺插管来治疗良性前列腺增生(BPH)。缝合机制可用于在胃内缝合。激光光纤可用于泌尿科、妇科和其他各种疾病的消融或凝血。

传统的内窥镜可以是大的尺寸(例如，外径为几毫米至几厘米)。为了容纳上述任何器械，通常需要内窥镜中的工作通道，以便器械可以通过。在一些情况下，需要多个工作通道才能允许多台器械同时通过。这种设计可能导致内窥镜的整体尺寸增加。希望为单次使用内窥镜提供集成器械。本公开提供了一种集成的内窥镜和器械，其具有减小的设备整体尺寸。

在一些实施方式中，提供了一种低成本、单次使用内窥镜，具有在各种应用中用于治疗(例如，支气管镜检查、泌尿科、妇科、关节镜检查、耳鼻喉科、胃肠内窥镜检查等)的集成器械。

图12显示了组合器械和单次使用内窥镜的集成设备的示例。在所示的示例中，组合设备可以包括铰接式喷水器设备或与单次使用内窥镜组合的粉碎机。如示例1201所示，铰接式喷水器设备可以包括喷水器1207和一个或多个用于铰接的驱动机构1206(例如，拉索)。粉碎机1202可以包括外管1210和内管1211。在一些情况下，粉碎机1202还可以包括一个或多个用于铰接的驱动机构1209(例如，拉索)。

铰接式喷水器1201可以与内窥镜1203集成以形成集成设备1204。集成设备1204可以是单次使用的，其具有位于设备的远端的内置相机1212。相机1212可以驻留在喷水器设备的远端旁边。类似地，粉碎机1202可以与内窥镜1203集成以形成集成设备1205。该设备可以包括位于集成设备远端的相机1213。

传统的柔性内窥镜可以具有长而柔性的轴。由于轴是柔性的，一旦它们插入患者体内，就很难知道柔性内窥镜尖端在患者体内的准确位置。尽管柔性内窥镜在患者内部的临床部位提供第一人/相机视图，但柔性内窥镜尖端相对于全局参考系或患者身体的定位不可用。如果不知道柔性内窥镜尖端相对于患者身体的准确位置，外科手术操作就很难执行，并且可能对正在治疗的患者造成临床危害。希望为内窥镜提供定位能力。

在一些实施方式中，提供了具有定位特征的低成本内窥镜。内窥镜可以是单次使用的，可在各种应用中用于治疗(例如，支气管镜检查、泌尿科、妇科、关节镜检查、耳鼻喉科、胃肠内窥镜检查等)。所提供的内窥镜可以集成一个或多个定位传感器或位置传感器，以准确跟踪内窥镜的远侧尖端的位置。各种类型的位置传感器，如电磁(EM)传感器、FBG-光纤布拉格光栅，可以集成到内窥镜中。具有定位能力的内窥镜可以设计为具有更小的整体尺寸，并且可以以更低的成本提供。

图13显示了具有集成定位/位置传感器的内窥镜1301、1302、1303、1304的示例。在示出的示例1301、1302中，内窥镜可以包括工作通道1309，也可以不包括工作通道1309。内窥镜可以包括一个或多个集成的定位传感器，例如电磁(EM)传感器1306。一个或多个传感器可以嵌入内窥镜的远侧尖端，并且在手术过程中，EM场发生器可以放置在患者躯干旁边。EM场发生器可以在3D空间中定位EM传感器位置，或者可以在5D或6D空间中定位EM传感器的位置和取向。这可以为操作员在将内窥镜推向目标部位时提供视觉指导。内窥镜1301、1302还可以包括位于远端的相机1305，以及一个或多个铰接驱动机构1307(例如，拉索)以控制内窥镜的铰接段1308。在一些情况下，内窥镜的导管可能是半刚性的或顺应性的，使得导管的变形可能无法准确跟踪。例如，没有工作通道1303或具有工作通道1304的半刚性内窥镜可以具有集成的EM传感器，使得导管远侧尖端的位置可以被跟踪。

在一些实施方式中，具有铰接能力的外部内窥镜导向元件可被提供用于导航过程。图14显示了内窥镜1401的示例，其提供有用于操纵和控制的外部导向元件1402、1403、1404。在一些情况下，导管或轴1401可以包括相机1406、定位传感器1405、工作通道1407或本文其他地方描述的其他结构/组件。在一些情况下，现有的内窥镜1401可能具有有限的铰接能力，例如缺乏内置的铰接式特征或不足的刚性。内窥镜1401可以与一个或多个模块化导向元件1402、1403、1404组装在一起，用于可操纵性和控制性。

在一些实施方式中，每个外部导向元件1402、1403、1404可以具有管状体，其包括具有外壁和中央腔的圆柱体。在一些情况下，每个外部导向元件1402、1403、1404可以包括铰接控制机构(例如，拉索)1408和铰接段。每个外部导向元件都可以单独控制用于铰接。在一些情况下，在导管1401中，一个或多个外部导向元件可以可拆卸地附接到手柄组件上。手柄组件可以与本文其他地方描述的手柄组件相同。例如，用于控制一个或多个外部导向的铰接的用户接口(例如，杠杆)可以位于手柄组件或一次性细长构件处。

外部导向元件的腔可以适于接受导管或内部导向元件。例如，导管或内窥镜轴1401可以通过外部导向元件1402的腔插入并且可以固定在外部导向元件1402的至少远侧部分。在一些情况下，一个以上的外部引导件可能与内窥镜同心组装，以提供额外的铰接度。例如，具有第一外径(R1)的第一外部引导件1402可以允许在第一方向上弯曲，来自第一外部引导件之外的具有第二外径(R2，R2>R1)的第二外部引导件1403可以提供与第一方向不同的方向上的弯曲，并且来自第二外部引导件之外的具有第三直径(R3，R3>R2)的第三外部引导件1404可以提供与第一方向和第二方向不同的方向上的弯曲，使得内窥镜1401可以在至少三个方向上可操纵。

铰接可以通过配置多个外部导向元件方便地进行调整。轴的远端的弯曲方向可以通过添加或移动一个或多个外部导向元件或通过配置一个或多个外部导向元件相对于彼此的弯曲方向来调整。例如，弯曲的自由度(例如，弯曲方向的数量)可以通过添加或移除一定数目的外部引导件来调整。在另一示例中，内窥镜的整体弯曲方向可以通过配置与每个外部引导件相关联的相对于彼此的单个弯曲方向来调整。例如，每个外部导向元件可以具有一个用于弯曲的自由度，通过相对于轴或另一个弯曲元件来调整外部导向元件的弯曲轴，可以实现用于弯曲的自由度的各种组合。这有利于提供模块化设计和内窥镜导航的精细控制。例如，当不同外部导向元件的弯曲轴/方向彼此对齐时，可以在那个方向上实现更大程度的弯曲，而当不同的外部导向元件的弯曲轴/方向不对齐时，可以实现额外的弯曲自由度。

图15显示了具有一个或多个外部导向元件的组装的内窥镜1501的示例。内窥镜外部导向元件1503形成用于导管或内窥镜轴1502从中插入的通道。在一些情况下，多个外部导向元件例如外部引导件1503和内部引导件1504是可铰接的并且可以单独控制的。这可能有益地允许通过在临时事项中添加/移除外部导向元件来调整导管的铰接能力。

在一些情况下，至少一个外部引导件是可铰接的，而另一个可以预先弯曲具有预定的形状。图16显示了组装有外部导向元件的内窥镜的示例。外部引导件1601可以至少在颈部段或远侧部分周围预先弯曲，并且内部引导件1602可以是可铰接的。

图17显示了用于内窥镜和/或外部引导件的铰接控制机构1701、1702、1703的各种示例。铰接控制机构可能位于外部引导件的近端。在一些情况下，控制机构1704可以是被动预加载系统，诸如基于弹簧的机构。被动预加载系统可能附接到缠绕在绞盘上的拉索上，以便被动预加载系统可以控制拉索中的松弛张力。在内窥镜操作期间，拉索和绞盘之间的摩擦可能允许驱动电机转动绞盘以卷入一定长度的拉索，绞盘摩擦可以对拉索施加最大张力，该张力呈指数级取决于缠绕绞盘牵引拉索的总角度。因此，来自被动预加载系统的力(例如，来自弹簧的弹簧力)和松弛拉索中的张力可以保持相对较低，同时仍然能够产生内窥镜在阻力下夹紧或其他运动所需的高张力。当绞盘上的电机扭矩归零时，绞盘可以自由旋转，被动预加载系统可以拉入拉索，防止拉索松弛。低松弛张力可以减少操作内窥镜所需的力，并且可以减少拉索摩擦，这在具有弯曲或柔性轴的医疗器械中尤其成问题。

在一些情况下，铰接控制机构可以包括一组电机1705，其被致动以旋转驱动内窥镜的一组拉线。该组电机可以通过滑轮配件1708驱动拉线。滑轮的数量可能因拉线配置而异。在一些情况下，可以使用一根、两根、三根、四根或更多根拉线来铰接内窥镜。除了/替代滑轮之外的任何其他合适的机械元件，诸如棱柱形线性接头或滑块1707都可以用作控制机构1706的一部分。

本公开的内窥镜可用于检查对象(例如，动物和人类对象)的内部解剖结构。对象可以包括动物，诸如猪，小鼠，狗，哺乳动物，啮齿动物，猴子和其他动物。对象可以包括人类对象，诸如患者。本文提供的方法和系统可用于诊断和/或治疗对象和/或部分对象。

在本公开的一些实施方式中，提供了一种用于诊断和治疗的低成本、单次使用铰接设备。一次性设备(如一次性内窥镜)可能不需要术后清洁、消毒和灭菌。一次性或单次使用设备可以在过程后处理，并节省用户宝贵的时间和精力。例如，单次使用内窥镜在每个手术过程中仅使用一次，从而避免了过程后的重新处理，或导致患者之间交叉污染的风险并减少感染。在一些情况下，单次使用内窥镜可以包括可拆卸地附接到可重复使用的手柄组件上的一次性导管。

特别地，本公开的内窥镜可以包括降低成本的近端或手柄组件的优化设计。手柄组件可以重复使用并以较低的成本提供。近端或手柄组件可能具有独特的设计，使得昂贵的模块位于可重复使用的部分。此外，近端可以包括单次使用导管和手柄组件之间的改进接口机构，从而提供改进的模块化和/或方便的组装。在一些实施方式中，内窥镜和手柄组件经由接口连接。例如，接口可以提供电连接、机械连接和/或照明对齐。

图18显示了单次使用内窥镜一次性部分1801、单次使用可附接流体防护罩1803和可重复使用的手柄1802的示例。内窥镜一次性部分可以包括轴1816和远侧尖端，其中驻留低成本相机模块1805和照明模块1806。相机模块可以在集成设备内以给定的角度倾斜，从而允许内窥镜的侧视图。相机可以以任何角度倾斜，例如至少0度、12度、18度、30度或介于两者之间的任何数字。

轴1816可以包括沿长度的通道1807，其可以作为诊断设备中的水通道或治疗设备中的器械通道和水通道。一个或多个流体接入孔1808可以沿一次性部分的轴存在。流体接入孔可以是任何形状，例如圆形、椭圆形、三角形等。液体(例如，水)可能通过一个或多个接入孔返回近端。

轴可以包括铰接段1804、1809。在一些情况下，如上所述的一个或多个流体接入孔1808也可以启用铰接。一个或多个流体接入孔可以是铰接段的一部分。关于铰接段的细节在图2中描述。

在一些情况下，近端可以包括接口1812。该接口可以包括机械接口、电接口和/或流体管理接口。例如，接口可以包括铰接控制用户接口1810，诸如用于控制内窥镜远侧铰接的杠杆或旋钮。在另一示例中，接口可以包括诸如鲁尔或阀门1811的连接器，用于空气、真空或流体控制和/或流量管理。任何合适的灌洗和抽吸系统都可以通过连接器1811(例如，鲁尔或阀门)连接到内窥镜。例如，灌洗系统可以注入盐水等液体，抽吸系统可以将粘液、盐水或其他物质从气道中吸出。在进一步的示例中，接口可以包括用于照明源和成像控制的电子器件。例如，成像控制模块可以包括一个或多个处理器和电子器件，用于处理图像信号或执行与图像采集相关的其他操作。

接口1812可以包括机械和电连接。该接口可以包括机械接口和电接口。机械接口可以允许内窥镜可释放地耦合到手柄或控制机构(例如，器械驱动机构)。例如，手柄1802可以经由快速安装/释放机构(如，磁铁和弹簧加载水平仪)附接到内窥镜上。在一些情况下，内窥镜可以手动耦合到手柄或从手柄上释放，而无需使用工具。在一些情况下，手柄的连接1813可以提供电连接，允许位于手柄和内窥镜的电子器件之间的电力和数据传输。

在备选实施方式中，手柄可与集成电机重复使用，其向轴/柔性器械提供旋转或线性运动。如图19所示，内窥镜1901还可以经由连接1913的器械驱动机构可释放地耦合到手柄1902。器械驱动机构可以包括一组电机，这些电机被致动以旋转驱动导管/轴1905的一组拉线。内窥镜的接口1912可以安装在器械驱动机构上，使得其滑轮配件1915由该组电机驱动(连接到电机1916的轴)。滑轮的数量可能因拉线配置而异。在一些情况下，可以使用一根、两根、三根、四根或更多根拉线来铰接导管/轴1905。

可重复使用手柄1902可以由用户通过与电操纵杆和按钮接口来控制，命令电动机1916的运动，其然后经由接口1912将运动传递到单次使用器械，该接口1912耦合到可重复使用手柄的连接1913。

返回参考图18，设备可以可选地包括单次使用、可附接的流体防护罩1803。一次性部分1801可以连接到带有或不带流体防护罩的手柄1802。该流体防护罩还可以用于图19中描述的实施方式中。关于流体防护罩的细节将在本文中稍后描述。在一些实施方式中，手柄可以通过在一次性部分或手柄内部包括具有嵌入式EM传感器1810的电磁(EM)跟踪设备来跟踪重力方向。有关重力方向跟踪的细节将在本文中稍后描述。

手柄可以是无线手柄或有线手柄。无线手柄可以包括例如电源(例如，电池组)和无线通信模块。电池组可以是可充电的，也可以是一次性的。电源可以为内窥镜和/或内窥镜的电子组件(例如，相机)提供电力。无线通信模块可以通过安全的无线机制如WiFi、蓝牙、RF通信或其他形式的通信来传输视频信号。无线信号可以由计算机接受并显示来自内窥镜的实时视频。例如，由相机捕获的图像或视频可以广播到多个设备或系统。在一些情况下，手柄的设计可能使操作员看不到电线或没有电线暴露给操作员。

在一些情况下，手柄可以经由有线通信(例如，电缆1814)连接到外部系统(例如，计算机、显示器等)。在一些情况下，有线电缆1814可以向内窥镜设备提供电力以及传输视频。关于有线/无线手柄及其组件(例如，电源、通信模块)的任何描述都可以应用于本文其他地方描述的手柄的其他实施方式。

低成本铰接设计

传统的内窥镜可以具有柔性轴，其可以通过控制电缆或拉线铰接。例如，一根或多根拉线的远端可以锚定或附接到柔性轴的远侧部分，使得控制单元对拉线的操作可以对远侧部分施加力或张力，该远侧部分可以操纵或铰接(例如，向上、向下、俯仰、偏航或其间的任何方向)柔性轴的至少远侧部分(例如，柔性段)。传统的铰接结构常常需要使用附加元件，诸如多个相互连接的节段、枢轴、铰链等来实现铰接。然而，由于复杂的几何结构，此种铰接结构可能难以清洁和/或消毒。

在本公开的一个方面，提供了一种用于内窥镜的改进的铰接段设计。铰接段可以由低成本，易于批量生产的铰接特征组成，这允许内窥镜的远端通过一根或多根控制电缆向所需方向弯曲。

图20显示了铰接轴设计的示例。此种铰接轴设计可以有益地降低成本，使内窥镜的一次性部分可以单次使用。在一些实施方式中，一根或多根拉线2008可以附接到内窥镜的远侧部分。在多根拉线的情况下，一次拉一根线可以改变远侧尖端的取向，使其向上、向下、向左、向右或任何直接需要的方向倾斜。在仅使用一根拉线的情况下，内部通道1807可以具有比内窥镜的外轴更大的弯曲刚度。内部通道可作为天然弹簧，对远侧尖端外轴的运动做出反作用。当释放单根拉线时，由于内部通道的存在及其较大的弯曲刚度，内窥镜倾向于拉直。

在一个实施方式中，轴的铰接部分可以包括铰链接头2001。轴的远侧部分可以具有铰链形状的切口。它将轴的近侧面与互补形状相配接。

在一个实施方式中，轴的铰接部分2002可以具有螺旋形状。铰接部分可以使用激光或其他制造方法切割成螺旋形。在螺旋部分的顶部，增加了一个外套以形成轴的光滑表面。

铰接段2003的另一个实施方式可以通过使用短外管接合轴的远侧节段(例如，远侧部分)和近侧节段来形成。外管可以将远侧节段的一端连接到近侧节段的一端。与轴的远侧节段和近侧节段相比，外管的刚度可能较小。例如，外管可以由较软(刚度较小)的材料形成。当拉动拉线时，较软的外管可能会因刚度较小而变形和弯曲。根据锚定在远侧节段的拉线的附接位置，可以将设备拉到某个预定的方向。

在另一个实施方式中，铰接段2004可以通过切割轴的材料来实现。材料的切口可以设计成可以由其余结构保持轴的形状。当拉动一根或多根电线时，由于结构强度较低，材料/切口形状较少的铰接段可能会偏转预定的方向。在一些情况下，此类切口也可以用作上述流体接入孔。

在其他实施方式中，铰接段2005可以通过改变轴2005的壁厚来形成。轴的铰接段在横截面上可能具有可变的壁厚。如示例中所示，铰接段可以具有横截面图2006和2007，壁具有可变厚度使得至少沿一个方向的厚度与横截面内沿另一个方向的厚度不同。一根或多根拉线可以嵌入轴的远侧尖端的壁。当拉动拉线时，轴可能会偏转到与较薄壁的方向基本对齐的方向(例如，由箭头指示)。可以选择轴的材料(例如，硅胶、软尼龙等)，以确保轴不会扭结或断裂。

图24示出了经由机械控制机构控制铰接的示例。例如，机械控制机构可以包括一对分别驻留于一次性部分和手柄中的闩锁机械结构2605和2604。在一些情况下，闩锁结构可以是一对磁铁。位于一次性部分的闩锁件可以通过适当的张力与拉线附接。当一次性部分连接到手柄时，该对闩锁件闩锁。位于手柄上的闩锁件通过内部机械结构连接到诸如致动旋钮的用户接口。致动旋钮可以是例如拉动触发器2603、旋转旋钮2604，其可能能够实现手柄1802的远侧部分2601和手柄的近侧部分2602之间的相对旋转。致动旋钮可以是可自锁的以保持拉力以铰接轴。

铰接控制机构可被配置为控制铰接量(例如，偏转度)和/或偏转方向。可以经由旋钮旋转通过拉动所选的拉线来控制铰接方向和角度。通过使用如数字计数器等的传感器跟踪旋钮的旋转量，可以将铰接量/角度输入计算机，该计算机实时跟踪铰接。

单次使用水防护罩

无菌边界对于外科手术过程至关重要。图22显示了无菌单次使用水防护罩设计的示例。提供低成本设计，使水防护罩能够单次使用。在过程之前，水防护罩1803可以组装到手柄1802上并创建无菌边界。水防护罩的远侧部分是无菌的。将内窥镜的一次性部分1801与水防护罩一起插入手柄中。

如示例2401所示，水防护罩可以是医用级塑料防护罩模制成半圆顶形状。该水防护罩与图18中描述的流体防护罩相同。水防护罩可能有一个开口，容纳内窥镜的一次性部分。内窥镜的一次性部分可以通过该水防护罩插入手柄。沿着开口(例如，中心孔)的周边，可以有一个或多个突起2402，其可以卡入一次性部分的接口，该一次性部分的接口进一步连接到手柄。

在另一示例中，水防护罩2403可基本上具有杯形。水防护罩可以包括一个中心孔，允许内窥镜的一次性部分通过以连接到手柄。该水防护罩还可以包括围绕中心孔的一个或多个啮合孔2404。这些啮合孔可能连接到手柄上的配接孔，从而防止水防护罩相对于手柄的合理移动。一旦一次性部分连接到手柄，水防护罩就会进一步固定在手柄和轴的近端之间的接口处，而不会移动。

重力补偿

在内窥镜手术过程中，相机视图在患者体内并全部由解剖标志物包围。由于无法访问患者身体的外部视图，即患者手势，因此了解重力相对于相机视图的方向至关重要。所提供的系统可能能够通过将设备位置和取向与外部设备相关联来跟踪重力方向。

图21显示了具有重力方向跟踪能力的系统的一个示例。在一些情况下，相机可能位于轴的远侧尖端。该系统可以至少包括一次性部分1801、手柄1802和具有显示器的计算机2301。在一些情况下，重力传感器检测到的重力方向用于校正图像数据的视图。跟踪重力方向的一个示例是通过在一次性部分或手柄内包括具有嵌入式EM传感器1810的电磁(EM)跟踪设备2302。一个或多个传感器可以嵌入内窥镜的远侧尖端，并靠近相机。在一些情况下，EM场发生器可能位于手术过程中患者躯干旁边。EM场发生器可以在3D空间中定位EM传感器位置，或可以在5D或6D空间中定位EM传感器的位置和取向。EM设备通过电缆或无线方式与计算机通信。屏幕上的图像可以根据EM设备在计算机2301上运行的软件中提供的重力信息进行校正。例如，当相机的翻转角度和图像的相应视图可以基于传感器数据进行校正以对齐重力方向时，患者相对于重力方向的姿势可由计算机输入，以允许微调重力补偿精度。

备选地，视觉跟踪系统2303可以允许一次性部分的一个或多个特征2304相对于重力方向进行跟踪。这些一个或多个特征可以包括：自定义图形、结构标记、设备上的几何图形或任何其他视觉上可识别的特征。

在另一实施方式中，重力跟踪特征可以包括使用重力传感器或其他传感器，诸如IMU、加速度计、霍尔传感器、惯性传感器、电位计、编码器等。此类传感器可以位于一次性部分、手柄或两者兼而有之。在一些情况下，重力方向是根据从位于手柄组件的EM传感器和位于细长构件的远端的EM传感器收集的传感器数据来确定的。在一些情况下，如果远侧部分和近侧部分之间存在相对运动，则此重力传感器可能分别位于手柄的远侧部分和近侧部分。这些传感器可以检测一次性部分与手柄或手柄内的零件之间的重力方向或相对运动，然后将信息传送到处理器2301。可能有一对传感器或多对传感器。患者的姿势可以由医生输入到计算机中。提供的系统可以通过计算机上运行的软件跟踪重力方向的变化。

在一些情况下，重力方向可以通过利用解剖标志物(例如，开口)来跟踪。在一些情况下，已知某些临床标志物位于特定的已知位置，即两个开口位于患者左侧和右侧，精阜位于患者后部等。软件图像捕获和算法可以在每次相机视图捕获此类临床标志物时校正重力方向。图像分割算法可用于识别这些标志物并生成相对于患者前部或后部的旋转(校正)角度。实时图像或视频可以根据信息旋转以与重力方向对齐。在一些情况下，在软件算法开始时，医生可能会在开始手术过程之前输入相对于标志物取向的指定重力方向。

图像拼接方法

单次使用内窥镜可以在远侧尖端利用低成本的相机模块。由于低成本的性质，这些相机模块可能具有有限的视野(FOV)，即90度、100度、110度、120度等。内窥镜手术有时需要医生对整个解剖结构有很好的了解，并概观整个手术部位。以低成本和有限的FOV相机模块实现这个特征的一种方法是在软件中使用图像拼接。全景视图中的拼接图像可用于放大FOV，为医生提供全局图像的感觉。

图23显示了在计算机显示器2301上动态概观整个手术部位的示例。中心实心圆2501显示的视图类似于相机中的经典内窥镜视图。可能的病变2502与几个实心黑点一起被识别出来。当内窥镜被铰接时，视图转移到虚线圆圈之一，即2505。在这个视图2505中，还识别了相同的特征2507。通过自动追寻这些特征2507，并通过考虑来自手柄的铰接量，以及通过EM跟踪器302或视觉跟踪器303等的跟踪设备的位置和取向，计算圆圈2501和2505的相对位置，然后将这两个图像拼接在一起。校正拼接方法可能需要了解设备位置和取向、铰接量以及不同视图中显示的相同特征。

类似地，通过扫描整个解剖结构，使用不同视图中的特征将一个或多个虚线圆圈如2505拼接在一起。外部双虚线圆圈2506显示了解剖结构的完整视图。当远侧相机在解剖结构内移动时，图像或视频以高频(例如，至少22fps、30fps、60fps或更高的频率)采集。解剖结构或特征的任何变化都可以实时显示在显示屏上，以保持拼接的精确性和准确性。如示例所示，开口2503和2504可能不存在于内窥镜2501的经典视图中，但可以通过拼接图像2506看到，这有利于使医生对标志物有很好的理解。

虽然本文已经示出并描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员容易理解的是，这些实施方式仅作为示例提供。在不偏离本发明的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变化、改变和替换。应当理解，在实施本发明时可以采用本文所述的本发明实施方式的各种替代方案。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并且这些权利要求的范围内的方法和结构及其等同项由此被覆盖。

Claims (21)

1.一种设备，包括：

细长构件，所述细长构件包括近端和远端，其中相机位于所述细长构件的所述远端，并且其中所述细长构件包括至少一部分控制单元，用于控制所述细长构件的远侧部分的铰接；以及

手柄组件，所述手柄组件经由接口可拆卸地附接到所述细长构件的所述近端，其中所述手柄组件包括用于处理从所述相机发送的数据的电子器件。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述手柄组件是可重复使用的，并且所述手柄组件与所述细长构件的所述近端之间的所述接口提供电连接。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述接口包括锁定机构，其用于固定所述手柄组件与所述细长构件的所述近端之间的机械连接。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述细长构件是单次使用的，并且所述控制单元的用户接口位于所述细长构件的所述近端。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述用户接口包括旋钮、杠杆或按钮。

6.根据权利要求4所述的设备，其中用于流量管理的机械结构位于所述细长构件的所述近端。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述细长构件具有可调整的刚度或影响所述远侧部分的所述铰接。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述细长构件包括加强元件，并且其中所述细长构件的所述刚度是通过调整插入所述细长构件的所述加强元件的长度来调整的。

9.一种设备，包括：

细长构件，所述细长构件包括近端和远端，其中相机位于所述细长构件的所述远端；

一个或多个外部导向元件，所述一个或多个外部导向元件被配置为引导所述细长构件的所述远端的铰接运动，其中所述一个或多个外部导向元件被单独控制；以及

手柄组件，所述手柄组件可拆卸地附接到所述细长构件的所述近端。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述细长构件放置在所述一个或多个外部导向元件内部并且相对于所述一个或多个外部导向元件是可移动的。

11.根据权利要求9所述的设备，其中所述一个或多个外部导向元件中的每一个都包括铰接控制机构，用于控制相应的外部导向元件的铰接。

12.根据权利要求9所述的设备，其中通过添加或移动所述一个或多个外部导向元件或通过配置所述一个或多个外部导向元件相对于彼此的弯曲方向来调整所述细长构件的所述远端的弯曲方向。

13.根据权利要求9所述的设备，其中所述一个或多个外部导向元件中的至少一个是预弯曲的。

14.一种设备，包括：

器械，所述器械用于执行确定的外科手术过程，其中所述器械包括接受内窥镜的腔；以及

所述内窥镜，其包括位于所述内窥镜的远侧尖端的相机，其中所述内窥镜包括用于控制所述设备的铰接的铰接控制机构。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述器械为气管插管或Foley导管。

16.根据权利要求14所述的设备，其中所述器械和所述内窥镜是一次性的。

17.一种设备，包括：

细长构件，所述细长构件包括近端和远端，其中相机位于所述细长构件的所述远端，并且其中所述细长构件包括至少由一个或多个流体接入孔形成的铰接段；以及

手柄组件，所述手柄组件可拆卸地附接到所述细长构件的所述近端，其中所述手柄组件包括用于处理从所述相机发送的图像数据的电子器件。

18.根据权利要求17所述的设备，其中所述手柄组件包括电磁(EM)传感器以检测重力方向。

19.根据权利要求18所述的设备，其中所述重力方向基于从位于所述手柄组件的所述EM传感器和位于所述细长构件的所述远端的EM传感器收集的传感器数据来确定。

20.根据权利要求18所述的设备，其中所述重力方向用于校正所述图像数据的视图。

21.根据权利要求17所述的设备，还包括连接到所述细长构件的所述近端的流体防护罩。

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