CN117202835A - 利用固态光源的喉部频闪仪 - Google Patents

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Abstract

频闪内窥镜系统和相关方法采用一个或更多个光源的间歇性通电来产生闪光的序列。频闪内窥镜系统包括内窥镜、成像设备、光源、光传输组件和控制器。成像设备被配置用于对经由内窥镜照明的对象进行成像。光传输组件被配置为将光源生成的光传输到内窥镜。频闪内窥镜系统和相关方法采用用于增加由内窥镜发射的照明光量的方法。

Description

利用固态光源的喉部频闪仪
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年4月7日提交的美国临时申请第63/171,666号的优先权。这些在先提交的申请的内容通过引用整体并入本文。
背景技术
喉部频闪仪用于生成发声喉部的图像序列，从而提供喉部的明显慢动作视频以供治疗专业人员查看。在通过电子相机和脊状或柔性喉镜对喉部进行成像期间，许多喉部频闪仪生成发声喉部的频闪照明。频闪光的脉冲定时能够被控制以使每个脉冲与发声喉部产生的声音的导出基频(例如，由喉部麦克风获得)同步。
发明内容
以下呈现本发明的一些实施例的简化概述，以便提供对本发明的基本理解。本发明内容并不是对本发明的全面概述。其并非旨在识别本发明的重要/关键元件或描绘本发明的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本发明的一些实施例，作为稍后呈现的更详细描述的前奏。
本文描述的实施例涉及频闪内窥镜系统和相关方法。在许多实施例中，使用一种或更多种方法来增加由一个或更多个LED产生的频闪光的量和/或增加由内窥镜发射、由一个或更多个LED生成的频闪光的量，以提供对象(例如，发声喉部)的照明以对对象进行成像。
例如，在许多实施例中，频闪内窥镜系统被配置为在视频帧期间生成多个闪光，以重复地照明在视频帧期间发生的声带位移周期的匹配片段，从而增加在视频帧期间用于照明声带的光总量。此外，通过保持闪光的持续时间足够短以避免图像模糊并用闪光中的每一个照明相应声带段的同一段来抑制或避免图像模糊。
在许多实施例中，频闪内窥镜系统包括内窥镜、成像设备和一个或更多个LED，所述一个或更多个LED被间歇性地通电以产生由内窥镜发射的闪光的序列，以照明对象(例如，发声喉部)以供成像设备成像。在许多实施例中，所述一个或更多个LED与散热器热耦合，散热器在间歇性地通电之前被预冷却。通过预冷却散热器，所述一个或更多个LED能够以更高的功率水平(这会产生更大量的光)通电，而不会由于所述一个或更多个LED的由此增加的冷却而对所述一个或更多个LED的最终操作寿命产生不利影响。
在许多实施例中，频闪内窥镜系统包括内窥镜、成像设备、一个或更多个LED和光重定向组件。所述一个或更多个LED被间歇性地通电以生成由内窥镜发射的闪光的序列，以照明对象(例如，发声喉部)以供成像设备成像。在许多实施例中，光重定向组件被配置为增加由内窥镜发射的所述一个或更多个LED生成的光量，以提供对象(例如，发声喉部)的照明，用于对对象进行成像。例如，在一些实施例中，光重定向组件包括一个或更多个半球形反射器，所述一个或更多个半球形反射器被配置为增加由内窥镜发射的由所述一个或更多个LED生成的光量。在一些实施例中，光重定向组件包括一个或更多个全内反射器(totalinternal reflector)，其被配置为增加由内窥镜发射的由所述一个或更多个LED生成的光量。通过增加由内窥镜发射的所述一个或更多个LED生成的光量，所述一个或更多个LED能够具有减少的光输出，从而降低成本和功耗。
因此，在一个方面，频闪内窥镜系统包括内窥镜、视频设备、第一发光二极管(LED)、光传输组件、麦克风和控制器。内窥镜包括光导。视频设备被配置用于对经由内窥镜照明的患者的声带进行成像。光传输组件被配置为将由第一光源产生的光传输到光导。麦克风被配置为响应于患者的发声而产生麦克风输出信号。控制器与第一光源、视频设备和麦克风可操作地耦合。控制器被配置为处理麦克风输出信号以跟踪患者的基本发声频率。控制器被配置为在视频设备的第一视频帧期间对第一光源通电以产生与基本发声频率同步的两个或更多个闪光的序列，在该第一视频帧期间，声带完成至少两个完整的位移周期使得两个或更多个闪光的序列照明至少两个完整的位移周期的匹配段。控制器还可以被配置为在视频设备的第二视频帧期间对第一光源通电以产生与基本发声频率同步的单个闪光，在该第二视频帧期间，声带完成小于两个完整的位移周期使得单个闪光照明小于两个完整的位移周期的一个位移周期的选定段。在许多实施例中，单个闪光具有单个闪光持续时间。两个或更多个闪光的序列可以由两个闪光组成。两个闪光中的每一个闪光都可以具有任何合适的持续时间，例如，等于单个闪光持续时间的一半的持续时间。
控制器还可以被配置为在视频设备的第三视频帧期间对第一光源通电以产生与基本发声频率同步的三个或更多个闪光的序列，在该第三视频帧期间，声带完成至少三个完整的位移周期使得三个或更多个闪光的序列照明至少三个完整的位移周期的匹配段。三个或更多个闪光的序列可以由三个闪光组成。三个闪光中的每一个闪光都可以具有任何合适的持续时间，例如，等于单个闪光持续时间的三分之一的持续时间。
控制器还可以被配置为在视频设备的第四视频帧期间对第一光源通电以产生与基本发声频率同步的四个或更多个闪光的序列，在该第四视频帧期间，声带完成至少四个完整的位移周期使得四个或更多个闪光的序列照明至少四个完整的位移周期的匹配段。四个或更多个闪光的序列可以由四个闪光组成。四个闪光中的每一个闪光都可以具有任何合适的持续时间，例如，等于单个闪光持续时间的四分之一的持续时间。
频闪内窥镜系统还能够包括散热器和热电冷却器。散热器能够与第一光源耦合，以将第一光源生成的热量传输到散热器。热电冷却器能够与散热器耦合，并且可操作以从散热器去除热量。控制器能够与热电冷却器可操作地耦合，并且被配置为在对第一光源通电以产生闪光的序列之前操作热电冷却器以将散热器冷却至低于散热器周围空气的环境温度。散热器能够被冷却到低于环境温度的任何合适的温度，例如，低于环境温度至少5摄氏度，或者低于环境温度至少10摄氏度。
频闪内窥镜系统还能够包括半球形反射器，半球形反射器被配置为将由第一光源产生的光重定向到光传输组件中以传输到光导。频闪内窥镜系统还能够包括图像处理器，图像处理器被配置为对经由内窥镜捕获的图像执行色彩平衡，以补偿由半球形反射器引起的光谱的第一偏移。第一光源能够包括被配置为发射白光的磷光体涂层。
频闪内窥镜系统还能够包括全内反射器，该全内反射器被配置为经由全内反射将由第一光源产生的光重定向到光传输组件中以传输到内窥镜以由内窥镜发射。第一光源能够被配置为产生单色光。光传输组件能够包括陶瓷磷光体。在一些实施例中，闪光的序列激发陶瓷磷光体，从而生成白色闪光的序列，白色闪光的序列被传输到光导中。在一些实施例中，所述陶瓷磷光体以反射模式被激发。在一些实施例中，所述陶瓷磷光体以透射模式被激发。
在另一方面，频闪内窥镜系统包括内窥镜、视频设备、第一光源、第二光源、光传输组件和控制器。内窥镜包括光导。视频设备被配置用于对经由内窥镜照明的患者的声带进行成像。光传输组件被配置为将由第一光源和第二光源产生的光传输到光导。光传输组件包括会聚透镜，所述会聚透镜被配置为将由第一光源产生的光和由第二光源产生的光中的每一个会聚到光导中。所述控制器可操作地与所述第一光源耦合并且被配置为对所述第一光源通电以产生用于照明患者的声带的闪光的序列。
频闪内窥镜系统能够包括散热器和热电冷却器。散热器能够与第一光源和第二光源耦合，以将第一光源和第二光源产生的热量传输到散热器。热电冷却器能够与散热器耦合，并且可操作以从散热器去除热量。控制器能够与热电冷却器可操作地耦合，并且被配置为在对第一光源和第二光源通电以产生闪光的序列之前操作热电冷却器以将散热器冷却至低于散热器周围空气的环境温度。散热器能够被冷却到任何低于环境温度的合适温度。例如，散热器能够被冷却到低于环境温度至少5摄氏度，或者冷却到低于环境温度至少10摄氏度。
频闪内窥镜系统能够包括第一半球形反射器和第二半球形反射器。第一半球形反射器能够被配置为将由第一光源生成的光重定向到光传输组件中以传输到内窥镜。第二半球形反射器能够被配置为将由第二光源产生的光重定向到光传输组件中以传输到内窥镜。频闪内窥镜系统还能够包括图像处理器，图像处理器被配置为对经由内窥镜捕获的图像执行色彩平衡，以补偿由第一半球形反射器和第二半球形反射器引起的光谱的偏移。在一些实施例中，第一光源和第二光源中的每一个都包括被配置为发射白光的磷光体涂层。
频闪内窥镜系统能够包括第一全内反射器和第二全内反射器。第一全内反射器能够被配置为通过全内反射将由第一光源产生的光重定向到光传输组件中以传输到光导中。第二全内反射器配置为通过全内反射将由第二光源产生的光重定向到光传输组件中以传输到光导中。
第一光源和第二光源中的每一个都能够被配置为生成单色光。光传输组件能够包括陶瓷磷光体。在一些实施例中，闪光的序列激发陶瓷磷光体，从而产生白色闪光的序列，白色闪光的序列被传输到内窥镜中。在一些实施例中，所述陶瓷磷光体以反射模式被激发。在一些实施例中，所述陶瓷磷光体以透射模式被激发。
另一方面，频闪内窥镜系统包括内窥镜、成像设备、第一光源、光传输组件、散热器、热电冷却器和控制器。内窥镜包括光导。成像设备被配置用于对经由内窥镜照明的对象进行成像。光传输组件被配置为将由第一光源产生的光传输到光导中。散热器与第一光源耦合，以将第一光源产生的热量传递到散热器。热电冷却器与散热器耦合，并且可操作以从散热器去除热量。控制器与第一光源和热电冷却器可操作地耦合。所述控制器被配置为对所述第一光源通电以产生闪光的序列。控制器被配置为在对第一光源通电以产生闪光的序列之前操作热电冷却器以将散热器冷却至低于散热器周围空气的环境温度。
散热器能够冷却到任何低于环境温度的合适温度。例如，在一些实施例中，散热器被冷却到低于环境温度至少5摄氏度。在一些实施例中，散热器被冷却到低于环境温度至少10摄氏度。
作为在给第一光源通电以产生序列光之前对散热器进行预冷却的结果，第一光源能够以更高的功率被通电，同时由于第一光源的冷却增加而保持适当的预期操作寿命。例如，在一些实施例中，第一光源具有用于连续通电的最大推荐功率水平，频闪功率水平被间歇地施加到第一光源以产生闪光的序列，并且频闪功率水平是最大推荐功率水平的至少四倍。在一些实施例中，频闪功率水平是最大推荐功率水平的至少八倍。
频闪内窥镜系统能够包括任意合适数量的LED，这些LED被间歇性地通电以生成闪光的序列。例如，在许多实施例中，频闪内窥镜系统包括第二光源。散热器能够与第二光源耦合，以将第二光源产生的热量传递到散热器。控制器可以被配置为对第一光源和第二光源的结合通电以产生闪光的序列。
频闪内窥镜系统能够被配置为增加由内窥镜发射、由第一光源(以及第二光源，当包括第二光源时)产生的光量。例如，频闪内窥镜系统还可以包括半球形反射器，半球形反射器被配置为将由第一光源产生的光重定向到光传输组件中以传输到光导中。在一些实施例中，频闪内窥镜系统能够包括图像处理器，图像处理器被配置为对经由内窥镜捕获的图像执行色彩平衡以补偿由第一半球形反射器引起的光谱的第一偏移。在一些实施例中，第一光源包括被配置为发射白光的磷光体涂层。频闪内窥镜系统还能够包括全内反射器，该全内反射器被配置为经由全内反射将由第一光源产生的光重定向到光传输组件中以传输到光导中。
第一光源(以及第二光源，当包括第二光源时)能够具有任何合适的配置。例如，在许多实施例中，第一光源被配置为产生单色光，光传输组件可以包括陶瓷磷光体，并且闪光的序列激发陶瓷磷光体以产生白色闪光的序列，白色闪光的序列被传输到光导中。在一些实施例中，所述陶瓷磷光体以反射模式被激发。在一些实施例中，所述陶瓷磷光体以透射模式被激发。
另一个方面，捕获频闪图像的方法包括操作热电冷却器以将散热器冷却至低于散热器周围空气的环境温度。在散热器被冷却到低于环境温度之后，对第一光源通电以产生闪光的序列。第一光源热耦合到散热器以在生成闪光的序列期间冷却第一光源。将来自闪光的序列的光传输到内窥镜的光导中。由内窥镜发射来自闪光的序列的光。捕获由内窥镜发射的光照明的对象的图像。
在该方法的许多实施例中，散热器被冷却到低于环境温度至少5摄氏度。在该方法的一些实施例中，散热器被冷却到低于环境温度至少10摄氏度。
在该方法的许多实施例中，使用显著高于连续操作功率水平的功率水平来对第一光源通电。例如，在许多实施例中，第一光源具有用于连续操作的最大推荐功率水平，频闪功率水平被间歇地施加到第一光源以产生闪光的序列，并且频闪功率水平是最大推荐功率水平的至少四倍。在本方法的一些实施例中，频闪功率水平是最大推荐功率水平的至少八倍。
在本方法的一些实施例中，两个或更多个LED被通电以生成闪光的序列。例如，在本方法的许多实施例中，在散热器被冷却到低于环境温度之后，第二光源与第一光源一起被通电以产生闪光的序列。第二光源能够热耦合到散热器以在生成闪光的序列期间冷却第二光源。
在本方法的许多实施例中，由第一光源产生的原本不会被引导以便传输通过内窥镜和由内窥镜发射的一些光被重定向，使得这些光传输通过内窥镜和由内窥镜发射，从而增加了由所述第一光源产生的由所述内窥镜发射而不是被浪费的光的百分比。例如，在一些实施例中，该方法包括通过半球形反射器重定向由第一光源产生的光以传输到光导中。在一些实施例中，该方法包括由图像处理器对经由内窥镜捕获的图像执行色彩平衡，以补偿半球形反射器引起的光谱的第一偏移。在本方法的一些实施例中，第一光源包括被配置为发射白光的磷光体涂层。在一些实施例中，该方法包括经由全内反射重定向由第一光源产生的光以传输到光导中。
第一光源(以及第二光源，当包括第二光源时)能够具有任何合适的配置。例如，在本方法的许多实施例中，第一光源被配置为产生单色光，光传输组件可以包括陶瓷磷光体，并且闪光的序列激发陶瓷磷光体以产生白色闪光的序列，白色闪光的序列被传输到光导中。在本方法的一些实施例中，所述陶瓷磷光体以反射模式被激发。在本方法的一些实施例中，所述陶瓷磷光体以透射模式被激发。
另一方面，频闪内窥镜系统包括内窥镜、成像设备、第一光源、光传输组件、半球形反射器和控制器。内窥镜包括光导。成像设备被配置用于对经由内窥镜照明的对象进行成像。光传输组件被配置为将由第一光源产生的光传输到光导中。半球形反射器被配置为将由第一光源生成的光重定向到光传输组件中以传输到光导中。控制器与第一光源可操作地耦合。所述控制器被配置为对所述第一光源通电以生成闪光的序列。
另一方面，频闪内窥镜系统包括内窥镜、成像设备、第一光源、光传输组件、全内反射器和控制器。内窥镜包括光导。成像设备被配置用于对经由内窥镜照明的对象进行成像。光传输组件被配置为将由第一光源产生的光传输到光导中。全内反射器被配置为经由全内反射将由第一光源产生的光重定向以传输到光导中。控制器与第一光源可操作地耦合。所述控制器被配置为操作所述第一光源以产生闪光的序列。
为了更全面地理解本发明的性质和优点，应当参考下面的详细描述和附图。
附图说明
图1示意性地示出了根据实施例的频闪内窥镜系统。
图2示意性地示出了图1的照明/成像子系统的实施例。
图3示意性地示出了能够用于图1的照明/成像子系统中的频闪灯组件的一个实施例。
图4示意性地示出了能够用于图1的频闪内窥镜系统中的频闪灯组件的另一个实施例。
图5示意性地示出了能够用于图1的频闪内窥镜系统中的频闪灯组件的另一个实施例。
图6示意性地示出了能够用于图1的频闪内窥镜系统中的频闪灯组件的另一个实施例。
图7A和图7B示意性地示出了能够用于图1的频闪内窥镜系统中的频闪灯组件的另外的实施例。
图8和图9示出了能够用于图1的频闪内窥镜系统中的频闪灯组件的另一个实施例。
图10、图11和图12示出了能够用于图1的频闪内窥镜系统中的频闪灯组件的另一个实施例。
图13是能够用于图1的频闪内窥镜系统的捕获频闪图像的方法的简化示意图。
图14A至图16D示出了能够在图1的频闪内窥镜系统中采用的方法，其中在视频帧期间将多个照明光脉冲发射到患者的声带上以增加照明光的总量。
图17是能够在图14A至16D的方法中使用的设置光脉冲持续时间的方法的简化示意图。
具体实施方式
在以下描述中，将描述本发明的各种实施例。出于解释的目的，阐述了具体的配置和细节以便提供对实施例的全面理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，无需具体细节也可以实践本发明。此外，可以省略或简化公知的特征，以免使所描述的实施例变得模糊。
本文描述的实施例涉及具有LED生成的频闪光源的频闪仪(例如喉部频闪仪)。在一些实施例中，频闪仪是喉部频闪仪，其被配置为在通过电子相机和脊状或柔性喉镜对喉部进行成像期间，提供发声喉部的频闪照明。在优选实施例中，频闪光的脉冲定时被控制以使每个脉冲与电子相机的视频帧和发声喉部产生的声音的导出基频(例如，由喉部麦克风获得)同步，从而提供喉部的明显慢动作视频以供治疗专业人员查看。在优选实施例中，呈现最终频闪图像的系统具有提供自动色彩平衡的能力，以便提供用于临床使用的高质量图像。
现在转向附图，其中相同的附图标记指代各个附图中的相同元件，图1示意性地示出了根据实施例的频闪内窥镜系统10，其用于对患者12的发声喉部进行成像。频闪内窥镜系统10包括内窥镜14、喉部麦克风16、照明/成像子系统18和显示器20。在所示的配置中，喉部麦克风16在喉部附近与患者12的喉咙接合，用于在发声喉部的成像期间检测患者的发声(例如，说话、唱歌、进行检查的医学专业人员所要求的某些音调)。然而，喉部麦克风16能够安装在任何合适的位置用于检测患者的发声。在所示的配置中，内窥镜14被示出为定位成用从内窥镜14发出的频闪光照明喉部并生成喉部的图像数据。内窥镜14通过合适的电缆22连接到照明/成像子系统18，照明/成像子系统18经由该电缆将闪光的频闪序列传输到内窥镜14，用于由内窥镜14发射以照明喉部，并且从包括在内窥镜14中的内窥镜成像设备接收图像数据。喉部麦克风16经由合适的麦克风电缆24连接到照明/成像子系统18，用于接收由喉部麦克风16生成的音频数据或输出信号。
照明/成像子系统18包括频闪灯组件，该频闪灯组件包括一个或更多个发光二极管(LED)，这些发光二极管可控制地通电以基于喉部麦克风16的输出生成闪光序列，从而使闪光与发声喉部的基频同步。在许多实施例中，电缆22包括柔性光导(例如，包括一根或更多根光纤的柔性光缆)，并且由所述一个或更多个LED生成的光耦合到柔性光导中。柔性光导将闪光序列传输到内窥镜14，内窥镜14发射频闪光以间歇地照明发声喉。
在许多实施例中，照明/成像子系统18处理从内窥镜14接收的图像数据，以生成喉部的明显慢动作视频，用于供治疗专业人员查看。在优选实施例中，照明/成像子系统18执行自动色彩平衡，以便提供用于临床使用的高质量图像。在所示实施例中，照明/成像子系统18可操作以在显示器20上显示喉部的明显慢动作视频。
图2示意性地示出了图1的照明/成像子系统18的实施例。在所示实施例中，照明/成像子系统18包括基底/照明单元26、相机控制单元28、视频处理单元30、视频捕获模块32、领夹麦克风34、喉部麦克风16、脚踏板36和隔离电源变压器38。基底/照明单元26处理由喉部麦克风16生成的输出，以确定和跟踪患者12发声的基频。基底/照明单元26包括一个或更多个LED，以通过基于所跟踪的基频间歇地给一个或更多个LED通电来生成闪光的频闪序列，以在喉部振动期间以喉部的阶段的渐进序列顺序地照明喉部。相机控制单元28控制内窥镜14的内窥镜成像设备的操作，并将发声喉部的视频提供给基底/照明单元26。视频处理单元30处理由内窥镜成像设备生成的图像数据，并将处理后的视频提供给基底/照明单元26。由相机控制单元28和/或视频处理单元30提供给基底/照明单元26的视频输入被输出到视频捕获模块32。基底/照明单元26还将音频输出输出到视频捕获模块32。提供给视频捕获模块32的音频输出能够包括由领夹麦克风34生成的音频输出和/或由喉部麦克风16生成的音频输出，用于与内窥镜系统10捕获的发声喉部的视频背景相关的目的。视频捕获模块32被配置为生成并存储喉部的明显慢动作视频以供治疗专业人员查看。
基底/照明单元26能够包括一个或更多个LED，所述一个或更多个LED被过度驱动(相对于LED的对应制造商的最大功率水平)以产生用于“冻结”发声喉部的运动的短(例如，标称120us)强白光脉冲(例如，具有每秒60个脉冲的重复率)。在一些设想的实施例中，LED被过度驱动为制造商的LED最大功率水平的4倍至12倍。LED的过度驱动可以进一步以施加到LED的瞬时功率与LED的发光面积的比率来表征。在一些设想的实施例中，施加到LED的瞬时功率与LED的发光面积的比率是对应于制造商的LED的最大功率水平的比率的4倍至12倍。在一些实施例中，LED是产生450nm波长的光的蓝色激光二极管，其用于激发陶瓷磷光体以产生白光。在一些实施例中，LED是激光二极管。在许多实施例中，LED产生非准直光。
基底/照明单元26能够包括用于在成像会话之前预先冷却LED的冷却机构和/或与LED热耦合的相关散热器。例如，在一些设想的实施例中，基底/照明单元26包括可用于将LED预冷却到低于环境温度的珀耳帖热泵(也称为热电冷却器)，和/或与LED热耦合的散热器。
频闪灯组件
在许多实施例中，基底/照明单元26的频闪光组件被配置为通过对与所述一个或更多个LED耦合的散热器进行预冷却来适应对所述一个或更多个LED施加更高的功率。在许多实施例中，频闪光组件包括光重定向组件，所述光重定向组件对由所述一个或更多个LED生成的原本不会被引导以便传输通过内窥镜和由内窥镜发射的一些光进行重定向，使得这些光传输通过内窥镜和由内窥镜发射，从而增加了由所述一个或更多个LED生成的由所述内窥镜发射而不是被浪费的光的百分比。在许多实施例中，散热器的预冷却和光重定向组件都被采用。
LED能够是蓝色激光二极管，其激发陶瓷磷光体以使得陶瓷磷光体发射白色闪光以由内窥镜14发射以照明发声喉部。例如，在一些实施例中，LED能够是以反射模式激发陶瓷磷光体的蓝色激光二极管，如图3所示。
图3示意性地示出了能够包括在基底/照明单元26中的频闪光组件100。光组件100包括LED 102、LED 104、LED 106、散热器108、热电冷却器110、热交换器112、内窥镜光导114和光耦合组件116。LED 102、LED 104和LED 116间歇地并且同时地通电以生成闪光的序列，所述闪光的序列通过光耦合组件116耦合到内窥镜光导114中。
光耦合组件116包括透镜118、120和反射性磷光体组件122。反射性磷光体组件122具有反射表面124和反射表面124上的磷光体涂层126。在所示实施例中，LED 102、LED 104、LED 106发射一系列450nm波长的闪光128。透镜118将由LED 102、LED 104、LED 106发射的450nm波长的闪光128聚焦到磷光体涂层126上。磷光体涂层126被450nm的闪光128激发，从而发射一系列白色闪光130。反射表面124将磷光体涂层126发射的一些白色闪光130反射向透镜120。因此，磷光体涂层126以反射模式被激发。透镜120将磷光体涂层126发射的大部分白色闪光130聚焦到内窥镜光导114中。内窥镜光导114将白色闪光130传输到内窥镜14，内窥镜14发射白色闪光130以照明发声喉部。
LED 102、LED 104、LED 106与散热器108热耦合，使得在LED 102、LED 104、LED106的间歇性通电期间由LED 102、LED 104、LED 106生成的热量经由热传导传递到散热器108，从而用于增加LED的冷却，使得与LED的较低冷却相比，能够以更高的功率水平为LED通电。热电冷却器110可操作以将热量从散热器108传输到热交换器112。热交换器112被配置为将热量传输到合适的储存库(例如，环境空气、合适的液体冷却剂)。在许多实施例中，热电冷却器110在LED 102、LED 104、LED 106通电之前操作，以便在LED 102、LED 104、LED106通电以生成闪光的序列之前将散热器冷却到散热器108和/或LED 102、LED 104、LED106周围的空气的环境温度以下。在一些实施例中，热电冷却器110在LED 102、LED 104、LED106的通电期间继续操作，以降低散热器108的温度在LED 102、LED 104、LED 106的通电期间增加的速率。单级珀耳帖可将结温降低至15摄氏度，从而增加LED的热传递。
图4示意性地示出了可包括在基底/照明单元26中的频闪光组件200。光组件200包括LED 202、LED 204、LED 206、散热器208、热电冷却器210、热交换器212、内窥镜光导214和光耦合组件216。LED 102、LED 104和LED 116间歇地并且同时地通电以产生闪光的序列，所述闪光的序列通过光耦合组件216耦合到内窥镜光导214中。
光耦合组件216包括透镜218和透射性磷光体组件220。透射性磷光体组件220具有透射元件222和透射元件222上的磷光体涂层224。在所示实施例中，LED 202、LED 204、LED206发射一系列450纳米波长的闪光226。透镜218将由LED 202、LED 204、LED 206发射的450nm波长的闪光226聚焦到磷光体涂层224上。磷光体涂层224被450nm的闪光226激发，从而发射一系列白色闪光230。由磷光体涂层224发射的白色闪光230的一些通过透射元件222透射到内窥镜光导214中。因此，磷光体涂层224以透射模式被激发。内窥镜光导214将白色闪光230传输到内窥镜14，内窥镜14发射白色闪光230以照明发声喉部。
LED 202、LED 204、LED 206与散热器208热耦合，使得在LED 202、LED 204、LED206的间歇通电期间由LED 202、LED 204、LED 206生成的热量经由热传导传输到散热器208，从而用于增加LED的冷却，使得与LED的较低冷却相比，能够以更高的功率水平为LED通电。热电冷却器210可操作以将热量从散热器208传输到热交换器212。热交换器212被配置为将热量传输到合适的储存库(例如，环境空气、合适的液体冷却剂)。在许多实施例中，热电冷却器210在LED 202、LED 204、LED 206通电之前操作，以便在LED 202、LED 204、LED206通电以生成闪光的序列之前将散热器冷却到散热器208和/或LED 202、LED 204、LED206周围的空气的环境温度以下。在一些实施例中，热电冷却器210在LED 202、LED 204、LED206的通电期间继续操作，以降低散热器208的温度在LED 202、LED 204、LED 206的通电期间增加的速率。
图5示意性地示出了能够包括在基底/照明单元26中的频闪光组件300。光组件300包括涂覆有磷光体的蓝色LED 302、反射基底304、半球形反射器306和光耦合组件308。涂覆有磷光体的蓝色LED 302被安装到反射基底。LED 302被间歇地通电以生成白色闪光的序列，该白色闪光的序列被耦合到内窥镜14中。在许多实施例中，反射基底304起到散热器的作用以吸收由LED 302生成的热量。在许多实施例中，光组件300包括如本文在任何光组件100、光组件200中描述的用于预冷却反射基底304的热电冷却器和热交换器。
由LED 302发射的白色闪光的序列经由反射基底304、半球形反射器306和光耦合组件308传输到内窥镜14中。反射基底304和半球形反射器306被配置为将LED 302发射的白色闪光的序列中原本不会入射到透镜310上的部分重定向为入射到透镜310上，从而增加由LED 302发射的白光闪光的序列中耦合到内窥镜14中的光量。视频处理单元30能够具有针对由半球形反射器306引起的光谱偏移自动进行色彩平衡的能力。
图6示意性地示出了能够包括在基底/照明单元26中的频闪光组件400。灯组件400聚集了灯组件300中的两个。
图7A示意性地示出了能够包括在基底/照明单元26中的频闪光组件500。光组件500包括涂覆有磷光体的蓝色LED 502、反射基底504、全内反射(TIR)光学元件506以及透镜508。涂覆有磷光体的蓝色LED 502被安装到反射基底504。LED 502被间歇地通电以生成白色闪光的序列，该白色闪光的序列被耦合到内窥镜14中。在许多实施例中，反射基底504起到散热器的作用以吸收由LED 502产生的热量。在许多实施例中，光组件500包括如本文在任何光组件100、光组件200中描述的用于预冷却反射基底504的热电冷却器和热交换器。
由LED 302发射的白色闪光的序列经由反射基底504、TIR光学元件506以及透镜508传输到内窥镜14中。反射基底504和TIR光学元件506被配置为将LED 502发射的白色闪光的序列中原本不会入射到透镜508上的部分重定向为入射到透镜508上，从而增加由LED502发射的白色闪光的序列中耦合到内窥镜14中的光量。TIR光学元件506在外部成形为经由TIR光学元件506内的光的全内反射将LED 502发射的光重定向到透镜508上。
图7B示出了能够包括在基底/照明单元26中的替代的频闪灯组件500B的实施例。光组件500B包括反射光发射器(RLT)532、LED光源502、散热器534、对准销536、聚焦托架538以及具有准直透镜和会聚透镜的中心透镜模块508。该实施例使得诸如LED 502之类的光源能够与镜光导对准，并且可以包括光纤端口540。相对于光轴(Z)的X和Y维度由机械光引擎模块520处理。不同制造商的镜的Z轴对准可能有所不同。在一些实施例中，Z轴对准可以是手动的，在前面板(或者机械调节轮)控制下进行机电调节。当发生机电调节时，可以在视频输入上使用比例积分微分(PID)进行自动调节，以优化最大亮度。自动调节还可以作为设置功能或用于优化照明场的周期调节。
图8和图9示出了能够包括在基底/照明单元26中的频闪光组件600。光组件600包括四个反射光发射器(RLT)602、中心LED 604、中心准直透镜606和共享会聚透镜608。四个RLT 602中的每一个包括反射基底610、半球形反射器612、LED 614和准直透镜616。半球形反射器612具有中心孔径618，由LED 614发射的光通过该中心孔径618被传输到准直透镜616。LED 614发射到半球形反射器612或反射基底610上的光被半球形反射器612和/或反射基底610重定向，以增加LED 614发射的、传播通过准直透镜616的光量。准直透镜616被配置为将LED 614发射的光重定向到共享会聚透镜608。共享会聚透镜608被配置为将来自四个RLT 602中的每一个的光重定向到内窥镜光导620中。为了减小四个RLT 602的组合的总直径，RLT 602中的两个被布置在第一平面上，并且RLT 602中的另外两个被布置在偏离第一平面的第二平面上，以便适应半球形反射器612(如图10所示)的重叠而不使中心准直透镜606重叠。光组件600由于使用了总共5个LED而提供了增加的光输出。所述四个RLT 602的空间分布和中心LED 604的中心位置提供了传输到光导620的光接收锥中的光的强度的增加的均匀性，从而增加了由内窥镜发射到发声声带上的光的分布的均匀性。
图10、图11和图12示出了能够包括在基底/照明单元26中的频闪光组件700。光组件700包括七个全内反射(TIR)发射器702和共享会聚透镜704。所述七个TIR发射器702被布置在公共平面中，其中，中心TIR发射器702被其余六个TIR发射器702的六边形布置围绕。TIR发射器702中的每一个都包括涂覆有磷光体的蓝色LED 706、反射基底708、TIR光学元件710。涂覆有磷光体的蓝色LED 706被安装到反射基底708。LED 702被间歇地通电以生成白色闪光的序列，该白色闪光的序列被耦合到内窥镜光导712中。在许多实施例中，反射基底708起到散热器的作用以吸收由LED 706生成的热量。在许多实施例中，光组件700包括如本文在任何光组件100、光组件200中描述的用于预冷却反射基底708的热电冷却器和热交换器。
由LED 706中的每一个发射的白色闪光的序列经由反射基底708、TIR光学元件710以及共享会聚透镜704传输到内窥镜光镜712中。反射基底708和TIR光学元件710被配置为将LED 706发射的白色闪光的序列中原本不会入射到透镜704上的部分重定向为入射到共享会聚透镜704上，从而增加由LED 706发射的白色闪光的序列中耦合到内窥镜14中的光量。TIR光学元件710在外部成形为经由TIR光学元件710内的光的全内反射将LED 706发射的光重定向到透镜704上。光组件700由于使用了总共7个LED而提供了增加的光输出。所述七个TIR发射器702的空间分布提供了传输到光导712的光接收锥中的光的强度的增加的均匀性，从而增加了由内窥镜发射到发声声带上的光的分布的均匀性。
图13是根据实施例的捕获频闪图像的方法800的简化示意图。方法800能够使用任何合适的频闪成像系统来实现，诸如本文所述的频闪内窥镜系统10。方法800包括动作802、动作804、动作806、动作808和动作810。在动作802中，散热器被冷却至低于环境温度。在动作804中，一个或更多个LED被通电以生成闪光的序列。所述一个或更多个LED与所述散热器热耦合，使得由所述一个或更多个LED生成的热量经由热传导传递到所述散热器，从而冷却所述一个或更多个LED。在许多实施例中，一个或更多个LED的冷却用于适应施加到所述一个或更多个LED的增加功率的使用，同时维持所述一个或更多个LED的预期使用寿命。在动作806中，来自闪光的序列的光被传输到内窥镜。在许多实施例中，光重定向部件(例如半球形反射器、TIR光学元件)被用于增加来自被传输到内窥镜的闪光的序列的光量。在动作808中，内窥镜发射来自闪光的序列的光。在动作810中，捕获由内窥镜发射的光照明的对象(例如，发声喉部)的图像。
图14A至图16D示出了可以在频闪内窥镜系统10中采用的方法，其中，在任何合适且适用的视频帧的每一个期间，将多个照明光脉冲发射到患者的声带上以增加照明光的总量。当采用60帧/秒的视频帧速率时，每个视频帧具有16.6ms的持续时间。对于所有至少120Hz的患者基本发声频率，每个视频帧期间至少发生两个完整周期的声带位移相位。对于所有小于120Hz的患者基本发声频率，每个视频帧期间发生的声带位移相位少于两个完整周期。
例如，图14A、图14B、图14C和图14D示出了从具有60帧/秒的视频帧速率和60Hz的患者基本发声频率的视频的视频帧序列中选择的四个单独的视频帧，其每个视频帧产生一个完整周期的声带位移相位。迹线902表示图14A至图16D中的每一个中的声带位移相位的周期性变化。当视频帧覆盖小于两个完整周期的声带位移相位时，能够在视频帧期间发射单个照明脉冲904，以照明声带位移的相位，用于经由视频帧进行照明。然后，通过如图所示的四个视频帧中所示的相应照明脉冲904的相应定时，可以使用视频帧的序列来瞄准声带位移的不同相位的序列。单个照明脉冲904的持续时间能够在持续时间上受到限制，以便适合于与高达120Hz的患者基频一起使用，而不会导致由于在单个照明脉冲904期间声带位移的相位的改变而导致在视频帧中捕获的图像模糊。例如，在所示实施例中，单个照明脉冲904具有300us的持续时间。
图15A、图15B、图15C和图15D示出了从具有60帧/秒视频帧速率和120Hz的患者基本发声频率的视频的视频帧序列中选择的四个单独的视频帧，其每个视频帧产生两个完整周期的声带位移相位。当视频帧覆盖至少两个完整周期的声带位移相位时，能够在视频帧期间发射两个照明脉冲906，以在声带位移的匹配相位处单独地照明声带，用于经由视频帧进行照明。然后，通过如图所示的四个视频帧中所示的两个照明脉冲906的相应集合的相应定时，可以使用视频帧的序列来瞄准声带位移的不同相位的序列。所述两个照明脉冲906中的每一个的持续时间可以在持续时间上受到限制，以便适合于与高达180Hz的患者基频一起使用，而不会导致由于在照明脉冲906期间声带位移的相位的改变而导致在视频帧中捕获的图像模糊。例如，在所示实施例中，每个照明脉冲906具有150us的持续时间，其为单个照明脉冲904的300us持续时间的一半，从而经由所述两个150us照明脉冲906提供与单个300us照明脉冲904相同的总照明。
图16A、图16B、图16C和图16D示出了从具有60帧/秒视频帧速率和340Hz的患者基本发声频率的视频的视频帧序列中选择的四个单独的视频帧，其每个视频帧产生约5.67个完整周期的声带位移相位。当视频帧覆盖至少三个完整周期的声带位移相位时，能够在视频帧期间发射三个照明脉冲908，以在声带位移的匹配相位处单独地照明声带，用于经由视频帧进行照明。然后，通过如图所示的四个视频帧中所示的三个照明脉冲908的相应集合的相应定时，可以使用视频帧的序列来瞄准声带位移的不同相位的序列。所述三个照明脉冲908中的每一个的持续时间可以在持续时间上受到限制，以便适合于使用，而不会导致由于在照明脉冲908期间声带位移的相位的改变而导致在视频帧中捕获的图像模糊。例如，在所示实施例中，每个照明脉冲908具有100us的持续时间，其为单个照明脉冲904的300us持续时间的三分之一，从而经由所述三个100us照明脉冲908提供与单个300us照明脉冲904相同的总照明。
图17是可以在图14A至图16D的方法中使用的设置光脉冲持续时间的方法1000的简化示意图。在动作1002中，确定适合与最大发声频率一起使用的最大光脉冲持续时间，该最大发声频率导致每个视频帧的声带位移相位小于两个完整周期，从而避免由于在单个照明脉冲904期间声带位移相位的变化而导致在视频帧中捕获的图像模糊。在动作1004中，一个周期的脉冲持续时间能够被设置为等于或小于在动作1002中确定的最大光脉冲持续时间。例如，示例性的单个照明脉冲904具有300us的持续时间。在动作1006中，两个周期的脉冲持续时间能够被设置为在动作1004中确定的一个周期脉冲持续时间的一半。在动作1008中，三个周期的脉冲持续时间能够被设置为在动作1004中确定的一个周期脉冲持续时间的三分之一。在动作1010中，四个周期的脉冲持续时间能够被设置为在动作1004中确定的一个周期脉冲持续时间的四分之一。每个视频帧可以发射单个照明脉冲，直到任何合适的最大发声频率，对于该最大发声频率，一个周期的脉冲持续时间足够短以避免视频帧图像的模糊。每个视频帧能够发射两个照明脉冲，其中视频帧包括至少两个完整周期的声带相位，直到任何合适的最大发声频率，对于该最大发声频率，两个周期的脉冲持续时间足够短以避免视频帧图像的模糊。每个视频帧能够发射三个照明脉冲，其中，视频帧包括至少三个完整周期的声带相位，直到任何合适的最大发声频率，对于该最大发声频率，三个周期的脉冲持续时间足够短以避免视频帧图像的模糊。每个视频帧能够发射四个照明脉冲，其中，视频帧包括至少四个完整周期的声带相位，直到任何合适的最大发声频率，对于该最大发声频率，四个周期的脉冲持续时间足够短以避免视频帧图像的模糊。
其他的变化也在本发明的精神范围内。因此，虽然本发明容易进行各种修改和替代构造，但其某些图示实施例在附图中示出，并且已经在上文中详细描述。然而，应当理解，无意将本发明限制于所公开的一种或更多种特定形式，相反，其意图是覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、替代构造和等价物，如所附权利要求所限定的。
除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，术语“一”、“一个”和“所述”以及在描述本发明的上下文中(特别是在以下权利要求的上下文中)的使用应被解释为涵盖单数和复数，。除非另有说明，术语“包括”、“具有”、“含有”和“包含”应解释为开放式术语(即，含义为“包括但不限于”)。术语“连接”应被解释为部分或全部包含其中、附着在或连接在一起，即使有些东西介入。除非本文另有说明，本文中数值范围的列举仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的速记方法，并且每个单独值被并入说明书中，如同其在本文中被单独引用一样。本文描述的所有方法都可以以任何合适的顺序执行，除非本文另有指示或与上下文明显矛盾。本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本发明的实施例，并且除非另有要求，否则不对本发明的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应被解释为指示任何未要求保护的元件对本发明的实践是必不可少的。
本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。在阅读前述描述后，这些优选实施例的变化对于本领域普通技术人员可能变得显而易见。本发明人期望本领域技术人员适当地采用这样的变化，并且本发明人意图以不同于本文具体描述的方式来实践本发明。因此，本发明包括适用法律允许的本发明所附权利要求中所述主题的所有修改和等价。此外，本发明包括上述元件的任何组合及其所有可能的变型，除非本文中另有指示或以其他方式与上下文明显矛盾
在此引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利，均通过引用并入本文，其程度与每个参考文献单独且具体地指示通过引用并入并在本文中整体阐述的程度相同。

Claims (20)

1.一种频闪内窥镜系统，包括：
内窥镜，包括光导；
视频设备，被配置用于对经由所述内窥镜照明的患者的声带进行成像；
第一光源；
光传输组件，被配置为将由所述第一光源生成的光传输到所述光导中；
麦克风，被配置为响应于患者的发声而生成麦克风输出信号；和
控制器，与所述第一光源、所述视频设备和所述麦克风可操作地耦合；其中，所述控制器被配置为处理所述麦克风输出信号以跟踪患者的基本发声频率，其中，所述控制器被配置为在所述视频设备的第一视频帧期间对所述第一光源通电以生成与所述基本发声频率同步的两个或更多个闪光的序列，在所述第一视频帧期间，声带完成至少两个完整的位移周期使得所述两个或更多个闪光的序列照明所述至少两个完整的位移周期的匹配段。
2.根据权利要求1所述的频闪内窥镜系统，其中：
所述控制器还被配置为在所述视频设备的第二视频帧期间对所述第一光源通电以生成与所述基本发声频率同步的单个闪光，在所述第二视频帧期间，声带完成小于两个完整的位移周期使得所述单个闪光照明所述小于两个完整的位移周期中的一个位移周期的选定段；并且
所述单个闪光具有单个闪光持续时间。
3.根据权利要求2所述的频闪内窥镜系统，其中：
所述两个或更多个闪光的序列由两个闪光组成；并且
其中，所述两个闪光中的每一个闪光的持续时间等于所述单个闪光持续时间的一半。
4.根据权利要求2所述的频闪内窥镜系统，其中，所述控制器还被配置为在所述视频设备的第三视频帧期间对所述第一光源通电以生成与所述基本发声频率同步的三个或更多个闪光的序列，在所述第三视频帧期间，声带完成至少三个完整的位移周期使得所述三个或更多个闪光的序列照明所述至少三个完整的位移周期的匹配段。
5.根据权利要求4所述的频闪内窥镜系统，其中：
所述三个或更多个闪光的序列由三个闪光组成；并且
其中，所述三个闪光中的每一个闪光的持续时间等于所述单个闪光持续时间的三分之一。
6.根据权利要求4所述的频闪内窥镜系统，其中，所述控制器还被配置为在所述视频设备的第四视频帧期间对所述第一光源通电以生成与所述基本发声频率同步的四个或更多个闪光的序列，在所述第四视频帧期间，声带完成至少四个完整的位移周期使得所述四个或更多个闪光的序列照明所述至少四个完整的位移周期的匹配段。
7.根据权利要求6所述的频闪内窥镜系统，其中：
所述四个或更多个闪光的序列由四个闪光组成；并且
其中，所述四个闪光中的每一个闪光的持续时间等于所述单个闪光持续时间的四分之一。
8.根据权利要求1所述的频闪内窥镜系统，还包括：
散热器，与所述第一光源耦合，以将所述第一光源生成的热量传输到所述散热器；和
热电冷却器，与所述散热器耦合，并且可操作以从所述散热器去除热量，
其中，所述控制器与所述热电冷却器可操作地耦合，并且被配置为在对所述第一光源通电以生成闪光的序列之前操作所述热电冷却器以将所述散热器冷却至低于所述散热器周围空气的环境温度。
9.根据权利要求8所述的频闪内窥镜系统，其中，所述散热器被冷却到低于环境温度至少5摄氏度。
10.根据权利要求9所述的频闪内窥镜系统，其中，所述散热器被冷却到低于环境温度至少10摄氏度。
11.根据权利要求1所述的频闪内窥镜系统，还包括半球形反射器，所述半球形反射器被配置为将由所述第一光源生成的光重定向到所述光传输组件中以传输到所述光导中。
12.根据权利要求11所述的频闪内窥镜系统，还包括图像处理器，所述图像处理器被配置为对经由所述内窥镜捕获的图像执行色彩平衡，以补偿由所述半球形反射器引起的光谱的第一偏移。
13.根据权利要求12所述的频闪内窥镜系统，其中，所述第一光源包括被配置为发射白光的磷光体涂层。
14.根据权利要求1所述的频闪内窥镜系统，还包括全内反射器，所述全内反射器被配置为经由全内反射将由所述第一光源生成的光重定向到所述光传输组件中以传输到所述光导中。
15.根据权利要求1所述的频闪内窥镜系统，其中：
所述第一光源被配置为产生单色光；
所述光传输组件包括陶瓷磷光体；并且
所述闪光的序列激发所述陶瓷磷光体，以便生成白色闪光的序列，所述白色闪光的序列被传输到所述光导中。
16.根据权利要求15所述的频闪内窥镜系统，其中，所述陶瓷磷光体以反射模式被激发。
17.根据权利要求15所述的频闪内窥镜系统，其中，所述陶瓷磷光体以透射模式被激发。
18.一种频闪内窥镜系统，包括：
内窥镜，包括光导；
成像设备，被配置用于对经由所述内窥镜照明的患者的声带进行成像；
第一光源；
第二光源；
光传输组件，被配置为将由所述第一光源和所述第二光源产生的光传输到所述光导中，其中，所述光传输组件包括会聚透镜，所述会聚透镜被配置为将由所述第一光源生成的光和由所述第二光源生成的光中的每一个会聚到所述光导中；
控制器，可操作地与所述第一光源耦合并且被配置为对所述第一光源通电以生成用于照明患者的声带的闪光的序列。
19.根据权利要求18所述的频闪内窥镜系统，还包括：
散热器，与所述第一光源和所述第二光源耦合，以将所述第一光源和所述第二光源生成的热量传递到所述散热器；和
热电冷却器，与所述散热器耦合，并且可操作以从所述散热器去除热量，
其中，所述控制器与热电冷却器可操作地耦合，并且被配置为在对所述第一光源和所述第二光源通电以生成闪光的序列之前操作所述热电冷却器以将所述散热器冷却至低于所述散热器周围空气的环境温度。
20.一种捕获频闪图像的方法，所述方法包括：
操作热电冷却器以将散热器冷却至低于所述散热器周围空气的环境温度；
在所述散热器被冷却至低于所述环境温度之后，对第一光源通电以生成闪光的序列，其中，所述第一光源热耦合到所述散热器以在生成所述闪光的序列期间冷却所述第一光源；
将来自所述闪光的序列的光传输到内窥镜的光导中；
由所述内窥镜发射来自所述闪光的序列的光；和
捕获由所述内窥镜发射的光照明的对象的图像。
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