CN117881331A - 用于关节镜可视化的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及关节镜可视化系统和方法。该可视化系统可包括具有流体流入路径的摄像机，其中，该摄像机的近端被构造成将流体储存器流体连接到该流体流入路径。该系统还可包括具有管腔的插管，其中，该管腔被构造成在摄像机的远端处流体连接到该流体流入路径。另外，该系统还可包括观测器，其中，该观测器被构造成连接到摄像机的远端，并且该观测器的一部分被构造成插入到插管的管腔中。

Description

用于关节镜可视化的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年4月26日提交的美国临时申请号63/180,027的权益，其全部内容在此通过引用结合于本文中。
技术领域
本公开总体上涉及可视化系统和方法，并且更具体而言，涉及关节镜系统和方法。
背景技术
典型的内窥镜摄像机系统需要两只手来握持摄像机并通过旋转观测器(scope)来调整视野方向(“DOV”)。另外，这些典型的内窥镜摄像机系统具有光纤光导，其附接到靠近用户手的观测器的近端。这使得用户操纵摄像机和观测器的空间变得混乱。此外，悬挂在观测器的近端的光导的重量和刚度可能会导致观测器相对于摄像头不必要的旋转，从而改变用户的DOV。
除了光导之外，典型的内窥镜摄像机系统还利用具有旋塞的插管设计，或者用于将管道连接到插管/观测器连接的近端的其他方法。与光导一样，该管道使空间变得混乱，并且给用户操纵摄像机和观测器的区域增加了附加的重量/刚度。
发明内容
根据一个方面，可视化系统可包括微创摄像机、插管和观测器系统。在一些方面，本文公开的可视化系统可使得用户能够通过结合到摄像机/观测器/插管中的人体工学特征来用一只手操作摄像机，以提供在保持摄像机的同时用单手旋转观测器视野方向(“DOV”)的能力。另外，本文公开的可视化系统可比其现有的对应物更小和更轻，可减少或消除来自操作区的线缆或管，从而允许更大的可操作性，并且手和观测器的远侧末端之间的工作距离可更短，从而为用户提供更强的控制。
在一些方面，本文公开的可视化系统可具有集成到摄像机和/或观测器组件中的照明。这可消除对光纤光导的任何需要，这是通过将照明结合到摄像机、插管或观测器中，同时保持相对于摄像机移除和旋转观测器任何次数的能力。在一些方面，可视化系统可为观测器提供无线供电。这可有助于观测器集成的电驱动光源，并且可使得用户能够实现观测器内的其他耗电装置。在一些方面，可视化系统可包括流体管理系统，该流体管理系统改变流体流入和/或流出的路线，使得流体入口/出口管道可在摄像机的近端处的数据线缆旁边联接摄像机组件。在一些方面，可视化系统可包括具有多管腔的插管。另外，插管的直径可从近端到远端在尺寸上减小/渐缩。
根据一些方面，可视化系统可包括：将光从目标传送到图像传感器的光学器件；图像传感器和将图像发送至处理单元的电通路；用于照亮目标的照明源；液体管理系统，其用于为目标区域填充流体；用于将流体输送至目标的插管；和/或用于从目标移除流体的插管。这些元件可被结合到可视化系统中，以改善处理该系统的用户的人体工程学体验。
根据一个方面，一种用于医疗程序的可视化系统包括：包括流体流入路径的摄像机，其中，所述摄像机的近端被构造成将流体储存器流体连接到所述流体流入路径；包括管腔的插管，其中，所述管腔被构造成在所述摄像机的远端处流体连接到所述流体流入路径；以及观测器，其中，所述观测器被构造成连接到所述摄像机的所述远端，并且所述观测器的一部分被构造成插入到所述插管的所述管腔中。
根据一个方面，一种用于医疗程序的可视化系统包括：摄像机，其包括流体流入路径和流体流出路径，其中，所述摄像机的近端被构造成将流体储存器流体连接到所述流体流入路径，并且将所述流体流出路径流体连接到流体废物；插管，其包括第一管腔和第二管腔，其中，所述第一管腔被构造成在所述摄像机的远端处流体连接到所述流体流入路径，并且所述第二管腔被构造成在所述摄像机的所述远端处流体连接到所述流体流出路径；以及观测器，其中，所述观测器被构造成连接到所述摄像机的所述远端，并且所述观测器的一部分被构造成插入到所述插管的所述第一管腔或所述第二管腔中。
根据一个方面，一种用于医疗程序的可视化系统包括：包括流体流入路径的摄像机，其中，所述摄像机的近端被构造成将流体储存器流体连接到所述流体流入路径；包括管腔的插管，其中，所述管腔被构造成在所述摄像机的远端处流体连接到所述流体流入路径；以及观测器，其中，所述观测器被构造成连接到并且无线地电耦接到所述摄像机的所述远端，并且所述观测器的一部分被构造成插入到所述插管的所述管腔中。
根据一个方面，一种用于医疗程序的可视化系统包括：包括流体流入路径的摄像机，其中，所述摄像机的近端被构造成将流体储存器流体连接到所述流体流入路径；包括管腔的插管，其中，所述管腔被构造成在所述摄像机的远端处流体连接到所述流体流入路径，并且所述插管的直径从所述插管的近端朝向所述插管的远端渐缩，例如减小；以及观测器，其中，所述观测器被构造成连接到所述摄像机的所述远端，并且所述观测器的一部分被构造成插入到所述插管的所述管腔中。
根据一个方面，一种用于医疗程序的可视化系统包括：包括流体流入路径的摄像机，其中，所述摄像机的近端被构造成将流体储存器流体连接到所述流体流入路径；插管，其包括管腔和集成的旋转引导件，其中，所述管腔被构造成在所述摄像机的远端处流体连接到所述流体流入路径；以及观测器，其中，所述观测器被构造成连接到所述摄像机的所述远端，并且所述观测器的一部分被构造成插入到所述插管的所述管腔中，并且其中，所述旋转引导件位于所述插管的近端上，并且构造成当所述观测器和所述插管连接到所述摄像机时紧邻所述摄像机的所述远端远侧定位。
可选地，所述观测器包括光源。
可选地，所述摄像机包括光源。
可选地，所述观测器被构造成光学地连接到所述摄像机。
可选地，所述插管包括在所述插管的远端处的流体连接到所述管腔的流体出口。
可选地，所述摄像机包括流体流出路径，并且所述摄像机的所述近端被构造成将所述流体流出路径流体连接到流体废物。
可选地，所述插管包括第二管腔。所述第二管腔可被构造成在所述摄像机的所述远端处流体连接到所述流体流出路径。
可选地，所述插管包括将所述管腔与所述第二管腔分隔的不可渗透的屏障。
可选地，所述管腔和所述第二管腔是平行的。
可选地，所述管腔和所述第二管腔为多管腔，而不是同轴的。
可选地，所述插管包括流体连接到所述第二管腔的处于所述插管的近端和远端之间的流体入口。
可选地，所述第二管腔和所述管腔的剖面积从所述插管的近端朝向所述插管的远端减小。
可选地，所述可视化系统可包括构造成连接到所述摄像机和所述插管的流体歧管，其中，所述流体歧管将所述摄像机的所述流体流入路径流体耦接到所述管腔，并且将所述流体流出路径流体耦接到所述第二管腔。
可选地，所述插管被构造成可旋转地连接到所述流体歧管。
可选地，所述摄像机、所述观测器和所述插管被构造成可移除地连接到彼此。
可选地，所述观测器和所述插管被构造成可旋转地连接到所述摄像机的所述远端。
可选地，所述观测器和所述插管被构造成独立于所述摄像机旋转。
可选地，所述插管包括处于所述插管的近端上的插管旋转引导件，所述插管旋转引导件构造成使所述插管相对于所述摄像机旋转。
可选地，所述插管旋转引导件被构造成当所述观测器的所述部分被插入到所述插管的所述管腔中时旋转所述插管和所述观测器。
可选地，所述插管旋转引导件被构造成当所述观测器和所述插管连接到所述摄像机时紧邻所述摄像机远侧定位。
可选地，所述插管的直径从所述插管的近端朝向所述插管的远端渐缩，例如变窄。
可选地，所述插管的远端包括圆形末端。
可选地，所述圆形末端的一部分被构造成当所述观测器的所述部分被插入到所述插管的所述管腔中时环绕在所述观测器的所述远端的一部分周围。
可选地，所述圆形末端的所述部分被构造成环绕在所述观测器的所述远端的一部分周围，而不影响或阻挡照明。
可选地，所述摄像机的所述近端被构造成通信地耦接到数据线缆和/或无线地通信耦接到计算机。
可选地，所述摄像机的所述近端被构造成电耦接到电力线缆和/或无线地电耦接到电源。
可选地，所述观测器和所述摄像机被构造成无线地电耦接到彼此。
可选地，所述观测器和所述摄像机被构造成经由电感耦合无线地电耦接到彼此。
将领会到的是，鉴于系统描述的任何变型、方面、特征和选择同样适用于方法，并且反之亦然。还将清楚的是，可组合上述变型、方面、特征和选择中的任何一个或多个。
根据下面的详细描述，附加的优点对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本文的各方面和描述本质上应被视为是说明性的而非限制性的。
本申请中引用的所有出版物，包括专利文献、科学文章和数据库，都在相同的程度上出于所有目的通过引用整体地结合，如同每个单独的出版物被单独地通过引用结合一样。如果本文阐述的定义与通过引用结合于本文的专利、申请、公开申请和其他出版物中阐述的定义相反或以其他方式不一致，则本文阐述的定义优先于通过引用结合于本文的定义。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式来描述本发明，附图中：
图1A是根据本文公开的一些实施例的可视化系统的图像。
图1B是根据本文公开的一些实施例的现有典型可视化系统的图像。
图2图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的示例性图像。
图3图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的各种长度的示例。
图4图示了根据本文公开的一些实施例的内置于用于可视化系统的插管中的旋转引导件的示例。
图5图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的示例。
图6图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的剖面的示例。
图7A图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的分解后视图的示例。
图7B图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的分解前视图的示例。
图8图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的示例，其中观测器手柄被隐藏并且使得流体歧管透明。
图9图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的剖面的示例，其示出了摄像机和观测器之间的无线功率传送。
图10图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的剖面的另一示例。
图11图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的分解剖面的示例。
图12图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的摄像机的远端的剖面的示例。
图13图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的剖面的另一示例。
图14A图示了根据本文公开的一些实施例的与可视化系统的摄像机的流体和数据连接的示例。
图14B图示了根据本文公开的一些实施例的连接到可视化系统的流体系统的示例。
图15图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的流体歧管、插管和观测器的剖面的示例。
图16A图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的插管的示例。
图16B图示了根据本文公开的一些实施例的插管的剖面的示例。
图16C图示了根据本文公开的一些实施例的插管的剖面的另一示例。
图17A图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的流体歧管、插管和观测器的示例。
图17B图示了根据本文公开的一些实施例的图17A的可视化系统的剖面的示例。
图18图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的插管和观测器的远端的剖面。
图19A图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的插管的流体流入和流出的剖面。
图19B图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的插管的剖面的示例。
图20A图示了根据本文公开的一些实施例的剖面的示例，其示出了可视化系统的流入期间的防雾概念。
图20B图示了根据本文公开的一些实施例的剖面的示例，其示出了在流入离开可视化系统的情况下的防雾概念。
图21图示了根据本文公开的一些实施例的构造成连接到观测器的光源的示例。
图22A图示了根据本文公开的一些实施例的连接到观测器的光源的示例。
图22B图示了根据本文公开的一些实施例的连接到观测器的光源的另一视图的示例。
图22C图示了根据本文公开的一些实施例的连接到观测器的光源的第三视图的示例。
在附图中，除非另有说明，否则相同的附图标记对应于相同的部件。
具体实施方式
现在将详细参考本文描述的系统和方法的各个方面和变型的实施方式和实施例。尽管本文描述了系统和方法的若干示例性变型，但是系统和方法的其他变型可包括以具有所描述的全部或一些方面的组合的任何合适的方式组合的本文描述的系统和方法的方面。
本文描述了人体工程学的可视化系统和方法。根据一些实施例，本文描述的可视化系统可实现：(1)单手操作；(2)集成到摄像机组件中的照明；(3)观测器中的无线供电；(4)更好的流体管理；和/或(5)更好的插管。
在现有的内窥镜摄像机系统中，观测器和摄像机之间的连接是刚性的，这意味着可能需要花费用户的很大力气来旋转观测器以引导其DOV。这可使得用户甚至更难以单手引导DOV。刚性连接的原因在于，相对于摄像机旋转观测器所需的扭矩必须大于相对于插管的其余部分旋转旋塞所需的扭矩，以防止悬挂的流体管无意中改变用户的DOV。关于实现单手操作，该人体工程学的可视化系统可整理外科医生的控制和工作区，其可允许用单手旋转DOV的能力，可缩短整个可视化系统以改善对末端的控制，和/或可减轻悬挂于可视化系统的重量。
关于实现集成到摄像机组件中的照明，该可视化系统可减少操作所需的零件量，其可降低销售成本(COGS)，可通过消除光导接合处来潜在地减少耦接损耗，和/或可消除脆弱的光导，从而产生更耐用的产品。关于实现观测器中的无线供电，该可视化系统可使得能够实现集成到摄像机组件中的照明，其中，照明源在观测器中，和/或该系统可允许引入需要观测器中的电/功率的其他特征(例如，观测器末端加热、超声波末端清洁、压力感测、利用度和/或存储在观测器中的其他数据)的灵活性。关于改进流体管理，该可视化系统可减少混乱并改善人体工程学，其可允许流入和/或流出，而不给工作区添加管道，和/或其可有助于缩短可视化系统的总长度。关于改进插管，该可视化系统可减小流入和/或流出管腔的直径，同时最小化通过插管的压头损失的变化，和/或其可通过结合圆形末端来减少造成组织损伤的机会。
图1-20图示了根据本文公开的一些实施例的可视化系统的各个方面的示例。该可视化系统可用于关节镜手术。在一些实施例中，该可视化系统可用在耳鼻喉(“ENT”)、泌尿科、妇科或其他各种医学应用中。
该可视化系统可包括摄像机1、观测器2和/或插管3。该摄像机、观测器和插管可被构造成可移除地连接到彼此，使得摄像机、观测器和插管全都可如本文所述地彼此连接和断开。插管可包括至少一个管腔，并且观测器的一部分可被构造成插入到该至少一个管腔中。观测器和/或插管可被构造成连接到摄像机的远端。另外，观测器和/或插管可被构造成可旋转地连接到摄像机的远端。如此，观测器和/或插管可独立于摄像机而旋转。在一些实施例中，观测器可被构造成光学地连接到摄像机。
摄像机可包括流体流入路径4。流体流入路径可以是摄像机内的管腔。摄像机的近端1a可被构造成通过流体入口7c将流体储存器6(和对应的管道)流体连接到流体流入路径。摄像机的近端可被构造成通信地耦接到数据线缆或者无线、通信地耦接到计算机。如此，流体储存器(和对应的管道)可在摄像机的数据和/或电力线缆旁边流体连接到摄像机的近端。该流体储存器可容纳水、盐水或用于医疗程序的各种其他流体。摄像机的近端可被构造成电耦接到电力线缆或者无线地电耦接到电源。
摄像机可包括流体流出路径5。该流体流出路径可以是摄像机内的管腔。摄像机的近端可被构造成通过流体出口7d将流体废物(和对应的管道)流体连接到该流体流出路径。如此，流体废物(和对应的管道)可在摄像机的数据和/或电力线缆旁边流体连接到摄像机的近端。在标准可视化系统中，例如在图1B中所示的系统和图2中的流体插管连接25中，用于将流体流入和/或流出连接到插管的机构可给插管增加长度，并且有助于使整个可视化系统更长。另外，这些朝向摄像机的远端或在摄像机的远端之后的流体流入和/或流出连接在使用时可能会妨碍临床医生，使得需要两只手来操作可视化系统。
相反，当与标准可视化系统(图1B)相比时，本文公开的可视化系统可更短并且更整洁(图1A)。此外，图2的流体插管连接25示出了位于插管的近端处的流体流入和流出旋塞，当外科医生握持摄像机时，该旋塞将处于外科医生的手前方。将流体管和旋塞朝向摄像机的远端连接到插管可能会出现问题，因为悬挂的管/线缆可能会导致观测器不期望的旋转。另外，这些流体管/线缆增加了临床医生的工作区的体积。此外，朝向可视化系统的前部的流体管/线缆可能导致可视化系统的重量不平衡，从而给临床医生操作可视化系统造成更多挑战。
典型的仅流入(单向)内窥镜摄像机系统可包括泵、手术管道、插管和观测器。流体可从泵流过管道，该管道通常连接到插管上的旋塞。典型的插管可以是中空的圆柱形部分，其像鞘一样装配在观测器的柄上，而其旋塞处于其近端上。插管和观测器之间的装配可能在观测器的外径和插管的内径之间留下小的间隙，在那里允许从旋塞进入的流体流动到观测器的末端。典型的流入-流出(双向)内窥镜摄像机系统可类似于上述单向系统，除了插管包括两个同轴管，一个装配在另一个内，使得两个单独的流体路径从插管的远端通向近端处的两个旋塞。
相反，本文公开的可视化系统可从工作区(即，在摄像机的远端前部)消除流体管理管。流体流入路径和流体流出路径可以是两个单独的管腔，它们朝向摄像机的远端穿过摄像机，以与插管流体连接。如此，进入摄像机的任何流体可在摄像机的近端处进入，并且离开摄像机的任何流体可离开摄像机的近端。通过将流体管道7(例如，流入管道7a和/或流出管道7b)在流体入口7c处连接到摄像机的近端，在临床医生使用可视化系统时，悬挂的线缆/管可被消除，并且可不再导致观测器的无意中旋转。另外，流体流入和/或流出可在摄像头处而不是在摄像机的远端前部控制。例如，流体进入和/或离开系统的控制可通过构件7f(例如，旋塞)来控制。
如上所述，可视化系统可包括具有至少一个管腔的插管。观测器的一部分可被构造成插入到插管的该至少一个管腔中。插管的该至少一个管腔可被构造成在摄像机的远端处流体连接到摄像机的流体流入路径。在该示例中，插管可包括在插管的远端3b处的流体出口8d。该流体出口可流体连接到该至少一个管腔(例如，流入管腔8a)。插管的流体出口可被构造成在观测器的远端处释放流体，使得其可用于清洁观测器的远端。
可选地，插管可包括第二管腔，并且该第二管腔可被构造成在摄像机的远端处流体连接到摄像机的流出路径。例如，图16A图示了具有流入管腔8a和流出管腔8b的插管3。插管可包括处于近端3a和远端3b之间的流体入口8c。插管的流体入口可流体连接到流出管腔。插管可包括流体连接到流出管腔的多于一个流体入口。流体入口可用于在可视化系统的使用期间移除废物流体。如图16B和图16C中所示，观测器的一部分可被构造成插入到流出管腔或流入管腔中。不可渗透的屏障9可将第一管腔与第二管腔分隔。
现有的流入-流出(双向)插管在直径上显著厚于其仅流入(单向)的对应物。现有的流入-流出插管使用同轴管腔布局，其使得可用空间的利用效率低下。
在一些实施例中，插管中的第一管腔和第二管腔可以是平行流动管腔。例如，多管腔可并排对准，而不是如图16A中所示地同轴对准。插管例如可包括两个平行管腔，以代替常规的同轴管腔输送流体。这可改善插管的流动特性并且允许管腔具有更小的剖面，从而缩小插管的总直径。另外，平行流体路径可导致比同轴布局更高的剖面积与周长比。该比率可预测插管的长度上的压头损失。如此，增加该比率可能意味着可减小插管的总直径，同时最小化对压头损失的影响。
在一些实施例中，插管的直径可从插管的近端3a到远端3b渐缩，例如减小。渐缩的插管可提供更好的流动特性、更刚性的主体(即，对弯矩更具抗性)和更小的可能末端直径。例如，插管的近端处的直径可为6.5mm，并且插管的远端处的直径可为5mm，如图16A中所示。具有较窄的远侧末端可保持管腔中的流体的流动特性，因为插管在远侧末端处的直径可做得更小，而不会极大地影响跨插管的压头损失。例如，插管的近端处的流体通路可打开，以部分地补偿它们在远端处的收缩。
另外，插管的远侧末端应能够装配到狭窄的腔中，而基部或近端的直径具有宽松得多的限制。此外，第一管腔和第二管腔的剖面积可从插管的近端朝向插管的远端减小。第一管腔的剖面积例如可等于第二管腔的剖面积，如图16B中所示。在一些实施例中，第一管腔和第二管腔的设计可以是图16C中所示的设计。如图16C中所示，流出管腔8b可具有弧的剖面形状，并且流入管腔8a可具有圆的剖面形状，而从其周界移除弧形部分，从而类似于其嘴中带有圆形球团的吃豆人(Pacman)的形状。本文描述的插管可被成形、3D打印、注射模制、激光切割、电铸和/或铸造，以及还有其他选择。
另外，现有的插管(例如，金属插管)可在形成插管的柄的细管终止处具有尖锐的末端。即使这些末端被打磨，它们可保持尖锐，因为通常构成它们的金属是如此之薄。当在手术期间插入摄像机时，这些尖锐的末端可能会对患者的解剖结构(例如，关节的光滑软骨支承表面)造成损伤。
在一些实施例中，插管的远端可包括圆形末端，例如图18中所示的圆形末端3c。现有的插管系统在手术期间经常会划伤或以其他方式损伤患者的解剖结构(例如，透明软骨)。为了避免这种情况，一些现有的插管系统将包覆模制的塑料末端置于插管的末端上。然而，这会导致更庞大、壁更厚的插管，并且可能会降低目标解剖空间中的可操作性。本文描述的插管可减少或消除插管的末端上的所有尖锐边缘(例如，大于至少10微米、20微米、30微米、40微米或50微米的边缘半径)。另外，本文描述的插管可环绕在观测器远侧末端的至少一部分周围，以减少或防止任何观测器的边缘与患者解剖结构接触。在一些实施例中，圆形末端的一部分可被构造成当观测器的一部分插入到插管的管腔中时环绕在观测器的远端2b的一部分周围。圆形末端的该部分可被构造成环绕在观测器的远端的一部分周围，而不影响或阻挡来自观测器和/或摄像机的任何照明。该圆形末端可部分地环绕在观测器的边缘上，从而消除可能对患者解剖结构造成损伤的尖锐点，并且减少/防止任何尖锐边缘接触观测器。该圆形末端可以是插管的整体部分。可替代地，该圆形末端可以是单独的部件，其能够被构造成附接或连接到插管的远端。
在一些实施例中，可视化系统可包括流体歧管10。在一些实施例中，插管可包括流体歧管。在一些实施例中，观测器可包括流体歧管。在一些实施例中，摄像机可包括流体歧管。在一些实施例中，流体歧管可以是其自己的部件。
在一些实施例中，流体歧管可被构造成连接到摄像机和插管(以及观测器)，其中，流体歧管可将摄像机的流体流入路径流体耦接到插管的流入管腔，并且将摄像机的流体流出路径流体耦接到插管的流出管腔。在一些实施例中，流体歧管可经由联接环连接到摄像机。
图7A-7B图示了展示用户如何可将观测器和插管附接到摄像机的分解图。例如，用户可将观测器插入到插管和流体歧管模块中。然后，他们可将观测器和插管插入到摄像机中。通过转动耦接环并将耦接销(定位特征)沿切出到流体歧管中的槽向上驱动，观测器和插管可被固定就位。
插管可被构造成可旋转地连接到流体歧管。流体歧管可允许摄像机和插管/观测器之间的一个或两个独立的流动路径，同时允许插管/观测器相对于摄像机旋转任何次数。摄像机和流体歧管可以是静态的，而观测器和插管自由地旋转。例如，流体歧管可充当双通道“流体滑环”，其用于将流入(流入路径10a)和流出(流出路径10b)的流体从静态的摄像头输送到旋转的插管。歧管的流入路径10a可流体连接到摄像机的流入路径4，并且歧管的流出路径10b可流体连接到摄像机的流出路径5。另外，歧管的流入路径10a可流体连接到插管的流入管腔，并且歧管的流出路径10b可流体连接到插管的流出管腔。在一些实施例中，歧管的两个流体流动路径可始终保持分离，而不管插管如何相对于摄像机旋转。在一些实施例中，流体歧管可允许插管/观测器与摄像机断开。在一些实施例中，流体歧管可与单向和双向插管两者兼容。
在一些实施例中，流体歧管可绕其z轴(从远侧末端到近端)旋转。例如，图15中的10b图示了流出流体通过歧管所采取的路径，并且10a图示了流入流体的路径。来自歧管的流体可从通向流入管腔和流出管腔的孔11进入/离开插管，如图15中所示。该概念的操作可类似于液压滑环的操作。图17A和17B图示了流体歧管10的另一个示例。如这些图中所示，流体歧管10可被捕获在插管3中，但允许在其z轴上旋转。黑色O形环12被示出以指示该设计中的密封件。
在一些实施例中，插管可包括插管的近端上的插管旋转引导件13，其构造成使插管相对于摄像机旋转。该插管旋转引导件可以是形成单件式插管的插管的一体部分，而插管旋转引导件不是附接到插管的单独部分。插管旋转引导件可被构造成当观测器的一部分插入到插管的管腔中时使插管和观测器旋转。插管旋转引导件可被构造成当观测器和插管连接到摄像机时紧邻摄像机远侧定位。当观测器和插管连接到摄像机时，插管旋转引导件的一部分(例如，旋转突出部)可与摄像机的远端重叠。在一些实施例中，当观测器、插管和流体歧管连接到摄像机时，插管旋转引导件的一部分(例如，旋转突出部)可与流体歧管的远端重叠。
插管旋转引导件可包括至少一个人体工程学的旋转突出部(rotation tab)。例如，图4图示了具有内置于插管(或观测器)中的插管旋转引导件的插管，该插管旋转引导件包括三个人体工程学的旋转突出部。用户可握持或操纵插管旋转引导件，以便在摄像机(和流体歧管)保持静止的同时使观测器/插管(随着旋转引导件)旋转。如此，用户对插管旋转引导件的操纵可允许在保持摄像机的同时单手旋转DOV。这可释放用户的第二只手来操作其他工具。
除了流体管理管道之外，光引擎(light engine)也可能增加设置复杂性和/或COGS。相比之下，观测器/插管或摄像机照明可消除对光引擎的需要。结果，这可使可视化系统更便宜且更简单。
观测器、插管或摄像机可包括用于照明的光源。换句话说，可不需要单独的光源。这可消除对光纤光导的需要，这是通过将光源(即，照明源)结合到摄像机、插管或观测器中，同时维持使观测器相对于摄像机旋转任何次数的能力。光导昂贵，并且容易因被踩踏、与其他医疗车一起翻滚或者太急剧地弯曲而受损。另外，它们磨损得很快。此外，使光导附接到观测器是有问题的，因为线缆的悬挂重量可能会导致观测器不期望的旋转，并且增加观测器的体积，用户正试图对该观测器进行微调。该重量还可能迫使摄像机设计者在观测器旋转时增加附加的摩擦，以便抵消重力。在没有此约束的情况下，可使旋转观测器更容易。
例如，光源可连接到观测器，以在没有繁琐的线缆的情况下在医疗过程期间提供照明。例如，图21图示了构造成连接到观测器的光源的示例。光源可包括处于耐高压灭菌包装中的光学组件30(例如，LED)、电池40、电源按钮45、可移除电池检修盖50和/或功率控制器35，该耐高压灭菌包装可夹到或连接到观测器上，以便在医疗过程期间提供照明。另外，具有观测器的光源可包括多个桨叶或翼55(如图22A-C中所示)，其可向近侧(并且略微侧向)延伸，从而允许外科医生旋转该组件(并且因此，旋转观测器本身)，以调整他或她的视野。如此，该多个桨叶可连接到观测器和光源，以允许通过用户的一只手来旋转观测器和光源组件。桨叶可以是弹簧加载的，以抓持观测器主体的侧面，以将组件保持就位，并且自由旋转，也用作人体工程学的接触点。电池可为控制器提供功率，并且控制器可监测充电状态，并向LED递送恒定电流，从而即使在电池电压失效时也确保恒定照明。控制器可为LED提供功率。LED可被安装到金属PCB，其旨在将其热传递到观测器2中。加热观测器可能有益于减少起雾。来自LED的光可穿过透镜，例如半球透镜，从而将其聚焦，并减少耦接到观测器时的光损失。电池可以是绝缘的(例如，以气凝胶包裹，以使其免受高压灭菌器的高温影响)。近端上的帽50可允许将电池从装置移除，以便更换或充电。通过在手术区域中包括电源和LED，在使用观测器时可消除线缆和控制台。这可消除手术空间的混乱，并减少塔上控制台的数量。为了可灭菌，光源的大多数部件都可被选择成能够应对高压灭菌器的高温。壳体可由耐高温塑料材料制成，例如聚醚酰亚胺，例如Ultem。光源例如可包括高温电子器件。为了使得能够单手旋转，光源的主体可朝向外科医生的手向后倾斜。另外，两个桨叶也可指向外科医生的手。一项挑战是灯柱可设计为允许光缆旋转，但在某些情况下，用户不希望夹子绕灯柱旋转。夹持翼设计可消除这种旋转，并且也可消除将装置拧上的需要。替代的是，可挤压光源，并将灯柱插入灯夹中。光源还可提供低功率通知。例如，控制器可被构造成监测有多少电荷已通过光源。替代地或附加地，控制器可被构造成在非常高的程度上监测电压。控制器可使用12位DAC将模拟电池电压转换为控制器可解释的精确数字测量值。给定这两条信息，可准确计算充电状态，并且当功率变低时，可通过使LED的输出闪烁来向用户提供通知或警报。
在示例中，光源可为LED、激光二极管或类似源。当光源处于摄像机中时，可使用摄像机和观测器/插管之间的光学连接，这将允许观测器相对于摄像机移除或旋转。
本文公开的该系统可消除或减少对观测器灯柱的需要，该观测器灯柱可能会占用用户工作区中的宝贵空间。消除灯柱可允许观测器变得更短，而不会牺牲工作长度(即，从观测器的远端到插管的柄的近端的距离)。将照明和流体管理结合到观测器/摄像机/插管可视化系统中可允许用户的手和观察目标之间的总距离显著短于当今存在的那些系统，从而提高可操作性并增强控制。在图3中，该工作长度可通过LOFF尺寸来标识。本文公开的可视化系统的工作长度可与标准关节镜相同，但是该总长度可显著更短。本文公开的可视化系统可消除从观测器光轴的正交凸起，该正交凸起可影响用户保持和操纵可视化系统设备/部件的能力。
在一些实施例中，光源可位于观测器的近端附近并且耦接到光纤，该光纤将其光沿观测器的长度递送到远端/末端。其他实施例可包括末端上的芯片。在一些实施例中，光可经由观测器中的光纤、插管中的光纤、观测器或插管的末端上的光源和/或用作光管的透明插管来输送至可视化系统的远端。在一些实施例中，与摄像机或观测器相反，光源可被集成到观测器中。这可避免观测器和摄像机之间的接合处的耦接损耗，并且可允许更加便宜地生产插管。
在一些实施例中，光导可通过如下方式来消除，即：包括安装在摄像机、观测器或插管中的电驱动源，该电驱动源由摄像机和连接到摄像机的处理和/或电源单元之间的已经存在的电连接来供电。当光源处于观测器/插管中时，无线功率可从摄像机传输到观测器，以使得观测器能够在不受有线电连接阻碍的情况下被移除或旋转。
在一些实施例中，观测器和/或插管可被构造成无线地电耦接到彼此。换句话说，在观测器/插管和摄像机之间可能不存在电接触。观测器和摄像机例如可被构造成经由电感耦合无线地电耦接到彼此。通过为观测器和/或插管提供无线供电，可有助于观测器集成的电驱动光源以及在观测器和/或插管内的其他耗电装置的使用。另外，摄像机和观测器/插管之间的感应或其他无线功率传递可为集成到观测器/插管中的耗能装置供电，同时允许观测器/插管旋转任何次数，而不中断功率供应。观测器/插管中的电功率还可用于为其他耗能装置(例如，用于消除观测器起雾的小型加热器、识别和跟踪观测器的使用的电子器件、超声波末端清洁、压力感测等)供电。本文公开的可视化系统可向观测器递送功率，同时该观测器可相对于摄像机旋转任何次数，而不影响功率递送，观测器可被断开并重新连接到摄像机，并且在观测器和摄像机之间没有电气接触。
图9图示了摄像机和观测器之间的无线功率传递以及流体管理和观测器固定机构的空间约束的示例。例如，图9-13示出了如何将用于电感耦合的线圈结合到摄像机和观测器中。使用电感耦合可能会限制可用于插管、观测器和摄像机的材料。另外，摄像机可在摄像机的远端处具有摄像机前板，并且观测器可在其近端处具有近侧观测器端。摄像机前板和近侧观测器端两者都可收容用于电感耦合的线圈。另外，摄像机前板和近侧观测器端两者都可由非导电材料制成，以便不会将感应散量能耗为涡流。
在一些实施例中，电感耦合可被收容在摄像机和观测器的气密密封部段中，如图13中所示。在一些实施例中，电感耦合可被灌封在图11-12中所示的摄像机的气密密封部分外的不导电塑料帽之后。
可视化系统可包括如图20A-B中所示的防雾系统。该防雾系统可通过用干净的盐溶液填充观测器和摄像机之间的空间来实现。干净的盐水可在这些图中所示的系统的观测器和摄像机窗之间流动。另外，吸湿涂层或表面处理也可有助于确保流体始终保留在这些窗之间的空间中。
如本文所述，可视化系统可在使用期间为用户提供许多优点。用户可通过将流体管理管道连接到泵和摄像机的后部来使用所述可视化系统。可连接具有集成照明的观测器，并且可在观测器的顶部上连接流入/流出插管。然后，插管和观测器的远侧末端可被插入到患者体内，并且用户可打开流体流入和流出，以确保解剖腔内的清晰视野。用户可用其握持的手来操纵观测器，以旋转DOV，从而评估组织并规划手术。另外，用户随后可通过在解剖结构周围操纵并引导DOV来执行手术。
为了清楚和简明描述的目的，特征在本文中被描述为相同或分开的实施例的一部分；然而，将领会到的是，本公开的范围包括具有所描述的全部或一些特征的组合的实施例。
定义
除非另有定义，否则本文使用的所有技术术语、符号以及其他技术和科学术语或用辞旨在具有与所要求保护的主题所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。在一些情况下，为了清楚和/或便于参考，本文中定义了具有通常理解的含义的术语，并且本文中包含这样的定义不一定应当被解释为代表与本领域通常理解的存在显著差异。
本文提及的“大约”值或参数包括(并描述)针对该值或参数本身的变化。例如，提及“大约X”的描述包括“X”的描述。另外，引用后跟一串值或参数的措辞“小于”、“大于”、“至多”、“至少”、“小于或等于”、“大于或等于”或其他类似措辞意味着将该措辞应用于该串值或参数中的每个值或参数。
如本文所用的，单数形式“一”、“一个”和“一种”意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指示。还要理解的是，如本文所使用的术语“和/或”是指并且涵盖相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有可能的组合。还要理解的是，术语“包括”、“包含”和/或“含有”当在本文中使用时，指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或单元的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件、单元和/或其群组的存在或添加。
本公开的某些方面包括本文中以算法的形式描述的处理步骤和指令。应当注意，本公开的处理步骤和指令能够以软件、固件或硬件来实施，并且当以软件实施时，可下载以驻留在多种操作系统所使用的不同平台上并从所述不同平台操作。除非从以下论述中显而易见地另外明确说明，否则要领会的是，在整个描述中，利用诸如“处理”、“计算”、“估算”、“确定”、“显示”、“生成”之类的术语的描述是指计算机系统或类似电子计算装置的动作和过程，所述动作和过程操纵和转换在计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示装置内表示为物理(电子)量的数据。
在一些实施例中，本公开还涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可为了所需的目的而专门构造，或者其可包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这样的计算机程序可被存储在非暂时性计算机可读存储介质中，例如但不限于任何类型的盘，包括软盘、USB闪存驱动器、外部硬盘驱动器、光盘、CD-ROM、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、专用集成电路(ASIC)或者适合于存储电子指令的任何类型的介质，并且它们各自连接到计算机系统总线。此外，本说明书中提到的计算系统可包括单个处理器，或者可以是采用多处理器设计的架构，例如用于执行不同的功能或用于增加计算能力。合适的处理器包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、现场可编程门阵列(FPGA)和ASIC。
本文描述的方法、装置和系统本质上不与任何特定计算机或其他设备相关。各种通用系统也可与根据本文教导的程序一起使用，或者可证明构造更专用的设备来执行所需的方法步骤是方便的。根据上面的描述可看出多种此类系统的结构。另外，本公开没有参考任何特定的编程语言来描述。将领会到的是，可使用多种编程语言来实现如本文所述的本发明的教导。
本申请在文本和附图中公开了若干数值范围。所公开的数值范围内在地支持所公开的数值范围内的任何范围或值，包括端点，即使在说明书中没有逐字说明精确的范围极限，因为本公开可在整个所公开的数值范围内实践。
呈现上述描述是为了使得本领域技术人员能够实现和使用本公开，并且是在特定应用及其要求的背景下提供。对优选实施例的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且本文中限定的一般原理可应用于其他实施例和应用，而不脱离本公开的精神和范围。因此，本公开不旨在限于所示的实施例，而是符合与本文公开的原理和特征一致的最宽范围。

Claims (34)

1.一种用于医疗程序的可视化系统，包括：
包括流体流入路径的摄像机，其中，所述摄像机的近端被构造成将流体储存器流体连接到所述流体流入路径；
包括管腔的插管，其中，所述管腔被构造成在所述摄像机的远端处流体连接到所述流体流入路径；以及
观测器，其中，所述观测器被构造成连接到所述摄像机的所述远端，并且所述观测器的一部分被构造成插入到所述插管的所述管腔中。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述观测器包括光源。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述摄像机包括光源。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，所述观测器被构造成光学地连接到所述摄像机。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中，所述插管包括在所述插管的远端处的流体连接到所述管腔的流体出口。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其中，所述摄像机包括流体流出路径，并且所述摄像机的所述近端被构造成将所述流体流出路径流体连接到流体废物。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其中，所述插管包括第二管腔。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第二管腔被构造成在所述摄像机的所述远端处流体连接到所述流体流出路径。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其中，所述插管包括将所述管腔与所述第二管腔分隔的不可渗透的屏障。
10.根据权利要求7、8或9所述的系统，其中，所述管腔和所述第二管腔是平行的。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的系统，其中，所述管腔和所述第二管腔为多管腔，而不是同轴的。
12.根据权利要求7-11中任一项所述的系统，其中，所述插管包括流体连接到所述第二管腔的处于所述插管的近端和远端之间的流体入口。
13.根据权利要求7-12中任一项所述的系统，其中，所述第二管腔和所述管腔的剖面积从所述插管的近端朝向所述插管的远端减小。
14.根据权利要求7-13中任一项所述的系统，还包括构造成连接到所述摄像机和所述插管的流体歧管，其中，所述流体歧管将所述摄像机的所述流体流入路径流体耦接到所述管腔，并且将所述流体流出路径流体耦接到所述第二管腔。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述插管被构造成可旋转地连接到所述流体歧管。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的系统，其中，所述摄像机、所述观测器和所述插管被构造成可移除地从彼此连接。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的系统，其中，所述观测器和所述插管被构造成可旋转地连接到所述摄像机的所述远端。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述观测器和所述插管被构造成独立于所述摄像机旋转。
19.根据权利要求17-18中任一项所述的系统，其中，所述插管包括处于所述插管的近端上的插管旋转引导件，所述插管旋转引导件构造成使所述插管相对于所述摄像机旋转。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述插管旋转引导件被构造成当所述观测器的所述部分被插入到所述插管的所述管腔中时旋转所述插管和所述观测器。
21.根据权利要求19-20中任一项所述的系统，其中，所述插管旋转引导件被构造成当所述观测器和所述插管连接到所述摄像机时紧邻所述摄像机远侧定位。
22.根据权利要求1-21中任一项所述的系统，其中，所述插管的直径从所述插管的近端朝向所述插管的远端渐缩。
23.根据权利要求1-22中任一项所述的系统，其中，所述插管的远端包括圆形末端。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述圆形末端的一部分被构造成当所述观测器的所述部分被插入到所述插管的所述管腔中时环绕在所述观测器的所述远端的一部分周围。
25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述圆形末端的所述部分被构造成环绕在所述观测器的所述远端的一部分周围，而不影响或阻挡照明。
26.根据权利要求1-25中任一项所述的系统，其中，所述摄像机的所述近端被构造成通信地耦接到数据线缆或者无线地通信耦接到计算机。
27.根据权利要求1-26中任一项所述的系统，其中，所述摄像机的所述近端被构造成电耦接到电力线缆或者无线地电耦接到电源。
28.根据权利要求1-27中任一项所述的系统，其中，所述观测器和所述摄像机被构造成无线地电耦接到彼此。
29.根据权利要求27所述的系统，其中，所述观测器和所述摄像机被构造成经由电感耦合无线地电耦接到彼此。
30.一种用于医疗程序的可视化系统，包括：
摄像机，其包括流体流入路径和流体流出路径，其中，所述摄像机的近端被构造成将流体储存器流体连接到所述流体流入路径，并且将所述流体流出路径流体连接到流体废物；
插管，其包括第一管腔和第二管腔，其中，所述第一管腔被构造成在所述摄像机的远端处流体连接到所述流体流入路径，并且所述第二管腔被构造成在所述摄像机的所述远端处流体连接到所述流体流出路径；以及
观测器，其中，所述观测器被构造成连接到所述摄像机的所述远端，并且所述观测器的一部分被构造成插入到所述插管的所述第一管腔或所述第二管腔中。
31.一种用于医疗程序的可视化系统，包括：
包括流体流入路径的摄像机，其中，所述摄像机的近端被构造成将流体储存器流体连接到所述流体流入路径；
包括管腔的插管，其中，所述管腔被构造成在所述摄像机的远端处流体连接到所述流体流入路径；以及
观测器，其中，所述观测器被构造成连接到并且无线地电耦接到所述摄像机的所述远端，并且所述观测器的一部分被构造成插入到所述插管的所述管腔中。
32.一种用于医疗程序的可视化系统，包括：
包括流体流入路径的摄像机，其中，所述摄像机的近端被构造成将流体储存器流体连接到所述流体流入路径；
包括管腔的插管，其中，所述管腔被构造成在所述摄像机的远端处流体连接到所述流体流入路径，并且所述插管的直径从所述插管的近端朝向所述插管的远端渐缩；以及
观测器，其中，所述观测器被构造成连接到所述摄像机的所述远端，并且所述观测器的一部分被构造成插入到所述插管的所述管腔中。
33.一种用于医疗程序的可视化系统，包括：
包括流体流入路径的摄像机，其中，所述摄像机的近端被构造成将流体储存器流体连接到所述流体流入路径；
插管，其包括管腔和集成的旋转引导件，其中，所述管腔被构造成在所述摄像机的远端处流体连接到所述流体流入路径；以及
观测器，其中，所述观测器被构造成连接到所述摄像机的所述远端，并且所述观测器的一部分被构造成插入到所述插管的所述管腔中，并且其中，所述旋转引导件位于所述插管的近端上，并且构造成当所述观测器和所述插管连接到所述摄像机时紧邻所述摄像机的所述远端远侧定位。
34.一种用于关节镜的光源，包括：
构造成提供照明的光学组件；
功率控制器，其构造成控制所述光学组件；
电池，其构造成为所述功率控制器供电；
从所述光源侧向延伸的多个桨叶，其中，所述多个桨叶被构造成允许由用户旋转所述光源；
其中，所述光源被构造成夹持到关节镜，以在医疗程序期间提供照明。
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