ES2336774T3 - Endoscopio en miniatura con sistema de formacion de imagenes por fibra optica. - Google Patents

Abstract

Un endoscopio que comprende una unidad de formación de imágenes (22) y un montaje de vaina retirable (24); comprendiendo la unidad de formación de imágenes (22): una sonda (29); una guía de ondas (26) con fibra óptica situada dentro de la sonda (29) dispuesta para transmitir una imagen desde su extremo distal hasta su extremo proximal; un dispositivo de formación de imágenes (30B) dispuesto para recibir una imagen procedente de la guía de ondas (26) con fibra óptica; y un sistema de lente (142) acoplado al extremo distal de la guía de ondas (26) con fibra óptica y un sistema óptico acoplado al extremo proximal de la guía de ondas (26) con fibra óptica; y comprendiendo el montaje de vaina (24): una vaina (34) que presenta una ventana (110) en su extremo distal y que presenta al menos una fibra óptica (108); estando el endoscopio caracterizado por: un mecanismo de montaje (36) situado en el extremo proximal de la vaina (34); y porque: la unidad de formación de imágenes (22) incluye una empuñadura (32) que está conectada a la guía de ondas (26) con fibra óptica; el dispositivo de formación de imágenes (30B) está situada dentro de la empuñadura (32); la vaina (34) tiene un canal de iluminación anular (106); hay una pluralidad de fibras ópticas (108) dispuestas en una formación anular dentro de canal de iluminación anular (106); el montaje de vaina (24) está fijado de manera retirable al extremo distal de la empuñadura (32) mediante el mecanismo de montaje (36) de forma que la vaina (34) se extiende sobre la sonda (29); y la vaina tiene un diámetro exterior de 1 a 4 mm.

Description

Endoscopio en miniatura con sistema de formación de imágenes por fibra óptica.

Antecedentes de la invención

Los endoscopios permiten el examen visual de la estructura existente en el interior de las cavidades. En el campo de la medicina, el uso de los endoscopios permite la inspección de órganos con fines diagnósticos, la visualización de la zona quirúrgica, la toma de muestras de tejido, o la fácil manipulación sin riesgo de otros instrumentos quirúrgicos.

Los laparoscopios, por ejemplo, son utilizados especialmente para el examen de los órganos del área abdominal. Los laparoscopios típicamente incluyen un tubo de luz para iluminar la zona que va a ser examinada, al menos un montaje de lente para enfocar y reemitir la imagen del objeto iluminado, y una carcasa para el entero conjunto que alberga para reducir al mínimo el daño al tejido durante la intervención quirúrgica. El tubo de luz puede incluir un elemento de fibra óptica para iluminar la zona. La carcasa del laparoscopio incluye una sección distal que puede ser insertada dentro de una cavidad del cuerpo y una sección proximal que puede incluir una empuñadura que un usuario agarra para situar el extremo distal cerca de la zona quirúrgica.

Los endoscopios existentes pueden incluir un dispositivo de formación de imágenes, como por ejemplo un dispositivo de acoplo de carga (CCD). Este dispositivo puede captar una imagen de un objeto que está siendo examinado y transmitirla hasta un dispositivo de representación, como por ejemplo un monitor. Hay una necesidad continua de mejorar las características distintivas operativas y la manufacturabilidad de los sistemas endoscópicos que mejoren la capacidad de formación de imágenes y reduzcan el riesgo para el paciente.

El documento US-A-4,921,326 (D2) divulga una sonda con fibra óptica dispuesta para su uso en la visualización de imágenes a distancia, como por ejemplo imágenes in vivo en un entorno biomédico o similares. La sonda incluye una envuelta exterior tubular que presenta una fibra óptica con una sección transversal con forma genérica de anillo en combinación con un cable interior con fibra que se extiende coaxialmente por dentro de la envuelta y que está definido por una matriz o haz coherente de fibras ópticas. En una posición seleccionada separada de un extremo de la punta de la sonda, el cable interior pasa a través de un espacio libre existente en el anillo con fibra hasta el exterior de la envuelta para separar y acoplar de forma relativamente cómoda el anillo con fibra y el cable, respectivamente, a una fuente de luz y a un aparato de monitorización de imágenes.

El documento WO99/35960 (D1) divulga un sistema para la formación de imágenes de las vías respiratorias de las personas durante el procedimiento de intubación el cual incorpora un estilete maleable que mantiene su forma cuando se dobla, con el fin de facilitar la intubación de un paciente. En una forma de realización preferente, puede ser utilizado un estilete de metal macizo, por ejemplo, un estilete endotraqueal convencional. El dispositivo de visualización de intubación permite que un usuario utilice técnicas convencionales para la inserción de un tubo endotraqueal, reduciendo el adiestramiento necesario para el uso del instrumento de visualización de intubación del paciente. Los instrumentos de visualización de formación de imágenes incorporan así mismo al menos una fibra de iluminación para transmitir la luz hasta la punta distal de los instrumentos de visualización de formación de imágenes del paciente, para la iluminación de los objetos cuyas imágenes se van a formar. En particular, el documento WO99/35960 divulga un endoscopio que presenta las características distintivas del preámbulo de la reivindicación 1. La presente invención se caracteriza por las características distintivas de la parte caracterizadora de la reivindicación 1. Características distintivas opcionales se exponen en las reivindicaciones dependientes. No hay indicación en el documento D1 acerca de que el diámetro de la vaina sea inferior a 3 mm.

La publicación de Roi (D3) no divulga o propone el empleo de una vaina desechable separable. El término "vaina" en el documento de Roi se refiere a una capa de material entre el canal de observaciones y el canal de iluminación para evitar "interferencias". El documento de Roi se refiere a un endoscopio oftálmico y por tanto no indicaría al técnico en la materia que sería útil proporcionar un componente desechable en un dispositivo de pequeño diámetro.

La presente invención se refiere a una sonda o endoscopio de formación de imágenes de pequeño diámetro que presenta unas durabilidad, resolución, y campo de visión mejoradas. El extremo distal de la sonda incluye una vaina desechable la cual puede ser insertada en el tejido objeto de examen. La sonda tiene un diámetro interior de 3 milímetros y, de modo preferente, inferior a 2 milímetros. Para reducir el traumatismo en el punto de inserción y para proporcionar de esta forma acceso a zonas a las que, en otro caso, no podría accederse mediante intervenciones endoscópicas.

El endoscopio tiene una guía de ondas con fibra óptica que transmite una imagen desde un extremo distal hasta un extremo proximal. Un sistema de lente está situado en el extremo distal de la guía de ondas con fibra óptica. Un dispositivo de formación de imágenes está ópticamente acoplado al extremo proximal de la guía de ondas con fibra óptica. Una vaina se extiende alrededor de la guía de ondas con fibra óptica, incluyendo la vaina un canal de iluminación anular. Aunque una forma de realización preferente utiliza un montaje de sonda y vaina con un diámetro exterior de 2 mm o menos, determinadas aplicaciones adoptarán un instrumento con un diámetro mayor con un número mayor de fibras de formación de imágenes para proporcionar una imagen con una resolución más alta. Estas aplicaciones pueden utilizar unos diámetros exteriores del orden de 2 a 4 mm, de acuerdo con la presente invención.

\global\parskip0.930000\baselineskip

En una forma de realización, el sistema de lente tiene un primer elemento de lente, y un segundo elemento de lente y un tope de abertura. El sistema de lente acopla la luz procedente de cualquier posición determinada sobre el objeto hacia una pluralidad de fibras ópticas, de manera que la apertura numérica de la luz varía en función del ángulo relativo del eje longitudinal del sistema de lente. Esto proporciona un acoplamiento más eficiente con las aperturas de las fibras. Esto se lleva a cabo utilizando un sistema de lente no telecéntrico.

Una forma de realización preferente del sistema de lente incluye un par de lentes y un tope de apertura. Las lentes están conformadas para mejorar la recogida de luz alrededor de la periferia de la lente distal. Ello proporciona una imagen más clara a lo largo del entero campo de visión del dispositivo. El tope de apertura se sitúa para proporcionar un acoplamiento eficiente con la formación de fibras.

El dispositivo de formación de imágenes puede ser un dispositivo de acoplo de carga (CCD), un dispositivo de formación de imágenes CMOS u otro sensor de formación de imágenes de estado sólido que presente una matriz bidimensional de elementos de píxeles. El sensor de formación de imágenes está montado sobre una tarjeta de circuito dentro de un montaje de empuñadura. El sensor puede captar una imagen como un objeto que está siendo visualizado y un circuito de procesamiento de imágenes montado sobre la tarjeta de circuito que transfiere los datos de imágenes a través de un cable de vídeo hasta una computadora para su almacenaje, procesamiento y/o representación.

El sistema de endoscopio en miniatura puede ser utilizado, por ejemplo, para intervenciones ortopédicas, reumatológicas, laparoscópicas generales, ginecológicas u otorrinolaringológicas. Aunque muchas aplicaciones requieren un pequeño diámetro para reducir el traumatismo, determinadas aplicaciones pueden adaptar diámetros mayores. La sonda puede incluir un canal abierto, ya sea dentro de la vaina o bien en la sonda de formación de imágenes para permitir la inserción de otros elementos operativos para limpiar las zonas con una descarga de fluido, dirigir la luz u otra fuente de energía sobre la zona de tratamiento, o retirar una muestra de tejido.

El montaje de vaina puede incluir una formación concéntrica de fibras de iluminación que se extienda hasta un conector situado sobre un montaje de boca de conexión de la vaina. La carcasa puede incluir un registrador de disco de vídeo que imprima el vídeo sobre el disco. Para ciertas aplicaciones, puede situarse un haz de iluminación dentro de la sonda, de manera que la vaina sea más delgada o pueda alojarse en un canal de trabajo mayor.

La guía de ondas con fibra óptica puede comprender una pluralidad de fibras ópticas de índice gradual que tengan aperturas numéricas diferentes.

Breve descripción de los dibujos

Los objetivos, características distintivas y ventajas de la invención expuestos, y otros, se pondrán de manifiesto a partir de la descripción más detallada subsecuente de las formas de realización preferentes de la invención, tal y como se ilustran en los dibujos, en los cuales los mismos números de referencia se refieren a las mismas partes a lo largo de las diferentes vistas. Los dibujos no son necesariamente a escala; por el contrario, debe subrayarse su naturaleza ilustrativa de los principios de la invención.

La Fig. 1 ilustra una representación esquemática de un sistema de endoscopio en miniatura de acuerdo con la invención;

la Fig. 2 es una vista en sección transversal de una cánula;

la Fig. 3 es una vista en sección transversal de un trocar dentro de una cánula;

la Fig. 4 es una vista en perspectiva del endoscopio en miniatura;

la Fig. 5 es una vista en sección del endoscopio en miniatura con una cánula superpuesta sobre la vaina desechable;

la Fig. 6A es una vista en sección de la unidad de vaina/iluminador desechable;

la Fig. 6B es una vista en sección de tamaño ampliado del extremo distal sobre la vaina desechable;

la Fig. 7A es una vista en sección del extremo proximal de la unidad de vaina/iluminación desechable, tomada a lo largo de la línea 7A - 7A de la Fig. 6A;

la Fig. 7B es una vista frontal del extremo distal de la vaina desechable tomada a lo largo de la línea 7B - 7B de la Fig. 6A y de la Fig. 6B;

la Fig. 8 es una vista lateral de la unidad de vaina/iluminación desechable que muestra el acoplamiento metálico flexible de iluminación;

la Fig. 9 es una vista en sección de una unidad de formación de imágenes del endoscopio en miniatura;

la Fig. 10A es una vista de tamaño ampliado del extremo distal de la unidad de formación de imágenes tal y como se indica mediante la porción definida 10A en la Fig. 9;

\global\parskip1.000000\baselineskip

la Fig. 10B es una vista frontal del extremo distal de la unidad de formación de imágenes tomada a lo largo de la línea 10B - 10B de la Fig. 10A;

la Fig. 11 es una vista esquemática de una vista en sección parcial de tamaño ampliado de la unidad de formación de imágenes tomada a lo lago de la línea 11 - 11 de la Fig. 10A;

la Fig. 12 es una vista de tamaño ampliado del sistema de lente distal;

la Fig. 13 es un gráfico del seno del ángulo de rayos máximo con respecto a la altura de la imagen normalizada para sistemas de lente diferentes para el extremo distal del endoscopio;

la Fig. 14 es una vista de tamaño ampliado de otra forma de realización de un sistema de lente distal;

la Fig. 15 es una vista en sección de otra forma de realización de un endoscopio;

la Fig. 16A es una vista en sección del endoscopio tomada a lo largo de la línea 16A - 16A de la Fig. 15;

la Fig. 16B es una vista en sección del endoscopio tomada a lo largo de la línea 16B - 16B de la Fig. 15;

la Fig. 16C es una vista en sección de tamaño ampliado de la unidad de formación de imágenes tal y como se indica mediante la porción definida por la referencia 10C en la Fig. 16B;

la Fig. 17 es una vista lateral de una unidad de vaina/iluminador de dos partes desechable;

la Fig. 18 es una vista esquemática de una unidad de control de una forma de realización preferente de la invención; y

la Fig. 19 ilustra un procedimiento preferente de empleo de la invención.

Descripción detallada de la invención

Una forma de realización de la invención se ilustra en la Fig. 1 que muestra un endoscopio en miniatura 20. El endoscopio 20 tiene una unidad de formación de imágenes 22 y una unidad de vaina/iluminador 24. El endoscopio 20 tiene una vía de transmisión de imágenes, como por ejemplo una pluralidad de fibras ópticas 26, como se muestra de forma óptima en las fibras 146 de las Figs. 11 y 12, dentro del tubo alargado 28 de una sonda distal 29 utilizada para visualizar los objetos que van a ser examinados. Las fibras ópticas 26 están ópticamente acopladas a un dispositivo de formación de imágenes 30, como por ejemplo un dispositivo de acoplo de carga tal como el que se aprecia en la Fig. 9, u otro sensor de panel plano pixelado, dentro de una empuñadura 32. Una vaina desechable 34 de la unidad de vaina/iluminador 24 recubre el tubo alargado 28 de la sonda distal 29, la cual contiene las fibras ópticas 26. La vaina desechable 34 tiene en el extremo proximal una base 35 con un mecanismo de montaje 36 para su fijación a la empuñadura 32. En una forma de realización, la vaina desechable 34 de la unidad de vaina/iluminador 24 tiene una pluralidad de fibras ópticas para transmitir luz hasta el extremo distal de la vaina desechable 34 y hasta la sonda distal 29. El extremo proximal de la unidad de vaina/iluminador 24 tiene una conexión 38 para conectar una fuente de
luz 40.

La empuñadura 32 puede alojar una entrada de energía 41, utilizada para suministrar energía al endoscopio 20. Se prevé que la fuente de luz 40 y/o la fuente de potencia puedan estar montadas dentro de la empuñadura 32.

La empuñadura 32 puede así mismo alojar una salida de imagen 42. La salida de imagen 42 proporciona una conexión entre un dispositivo de formación de imágenes situado en la unidad de formación de imágenes 22 del endoscopio 20 y un dispositivo de almacenaje electrónico y/o de representación. En una forma de realización, el dispositivo de almacenaje es una computadora 44, la cual está conectada a un monitor 46. Una unidad de control 250 se describe con mayor detalle con respecto a la Fig. 19.

Como se expone con mayor detalle más adelante, la unidad de imagen 22 no necesita ser esterilizada porque la unidad de formación de imágenes 22 no está en contacto o no está en exposición directa con el cuerpo. La unidad de vaina/iluminador 24 tiene la vaina desechable 34 que es un montaje de manguito 52 y es soportado por la base 35 fijada a la unidad de formación de imágenes 22 que recubre el tubo alargado 28 para crear una barrera esterilizada. Así mismo, la unidad de vaina/iluminación 24 tiene una cubierta esterilizada 52 la cual está montada sobre la base 35 de la unidad de vaina/iluminador 24 y está situada para recubrir la porción restante de la unidad de formación de imágenes 22 para proporcionar un entorno estéril.

Endoscopios y endoscopios con vainas desechables se describen en la Solicitud PCT PCT/US00/25107 depositada el 13 de Septiembre de 2000 y en la Solicitud de Patente estadounidense 09/518,954 depositada el 6 de marzo de 2000.

Antes de analizar el endoscopio 20 con mayor detalle, con el fin de utilizar el endoscopio 20, el endoscopio 20 necesita ser situado dentro del cuerpo para visualizar el emplazamiento deseado. Un procedimiento en este sentido consiste en insertar una cánula 60 dentro del cuerpo y enroscar el endoscopio 20 a través de la cánula 60. Un procedimiento de inserción de la cánula 60 dentro del cuerpo y a continuación la inserción del endoscopio 20 dentro de un cuerpo utilizando la cánula 60, se describe a continuación.

Durante un procedimiento de inserción, una cánula 60, como por ejemplo la que se aprecia en la Fig. 2 es insertada dentro de una zona del cuerpo, la cánula 60 tiene una base 62 y un tubo 64. El tubo 64 tiene un eje 66 que se extiende desde el extremo distal 68 hasta un vacío 70 existente en la base 62. En una forma de realización, el tubo 64 está hecho de un material flexible, como por ejemplo plástico, o de un acero inoxidable de pared delgada. La cánula 60 presenta una conexión Lüer para la inserción de medicamentos o fluidos o para su fijación a un dispositivo de aspiración.

Para la inserción de la cánula 60 dentro del cuerpo, un trocar 76, como se aprecia en la Fig. 3, es insertado dentro de la cánula 60 con un eje rígido 78 del trocar 76 alojado dentro del eje 66 de la cánula 60. El eje rígido 78 del trocar 76 se extiende ligeramente más allá del extremo distal del tubo 64 de la cánula 60 y tiene un estilete 80 para cortar el tejido al penetrar en el emplazamiento quirúrgico, en caso necesario. Una vez que la cánula 60 está situada en la zona quirúrgica, el trocar 76 es retirado de la cánula 60 y el endoscopio 20 es instalado. La cánula 60 es colocada sintiendo el usuario con las manos el emplazamiento correcto.

Aunque la cánula 60 y el trocar 76 tienen un coste relativo mínimo y puede ser reutilizados después de su esterilización o ser desechados después de su empleo, debido a los diversos componentes del endoscopio 20, como por ejemplo los componentes de la unidad de formación de imágenes 22, no se desea desechar el entero endoscopio 20. El endoscopio 20 utiliza un manguito o vaina desechable 34 para contribuir al mantenimiento de un entorno estéril y reducir o eliminar las exigencias de esterilización antes de volver a utilizarlo.

Con el procedimiento de inserción del endoscopio 20 dentro de la cánula 60 para disponer el extremo distal 20 en el emplazamiento adecuado, descrito con anterioridad, se describirá el endoscopio 20 con mayor detalle. Con referencia a la Fig. 4, se muestra una vista en perspectiva del endoscopio 20. El endoscopio 20 presenta la unidad de formación de imágenes reutilizable 22 y la unidad de vaina/iluminador desechable 24. La unidad de vaina/iluminador desechable 24 tiene un tubo alargado para recubrir y rodear el tubo alargado 28 de la unidad de formación de imágenes 22. El tubo alargado de la unidad de vaina/iluminador 24 tiene un extremo distal herméticamente cerrado 84 y varias formas de realización incluyen fibras ópticas para la transmisión de la iluminación desde una fuente externa de luz 40, como se aprecia en la Fig. 1, hasta el extremo distal 84. En el extremo proximal de la unidad de vaina/iluminador 24 se encuentra una base 35 con un mecanismo de montaje 36 para su fijación a la unidad de formación de imágenes 22 del endoscopio 20. Un acoplamiento metálico flexible 88 se proyecta desde la base 35 para su conexión a la fuente de luz 40. Así mismo, la unidad de vaina/iluminador 24 tiene un recubrimiento 52 que está montado sobre la base 35 y que se extiende sobre la empuñadura 32 de la unidad de formación de imágenes 22. La empuñadura 32 de la unidad de formación de imágenes 22 contiene los elementos ópticos y el dispositivo de formación de imágenes 32 para recibir la imagen transmitida a través de las fibras ópticas 26 situadas dentro del tubo alargado 28 de la unidad de formación de imágenes 22 de acuerdo con lo descrito con mayor detalle más adelante con respecto a las Figs. 9 a 11.

La Fig. 5 es una vista en sección de un endoscopio en miniatura 20 que incluye una unidad de formación de imágenes reutilizable 22 con una fibra óptica 26 de formación de imágenes y la unidad de vaina/iluminador desechable 24. La cánula 60 se muestra recubriendo la vaina desechable 34 de la unidad de vaina/iluminador 24, la cual recubra la sonda 29 de la unidad de formación de imágenes 22.

Como se aprecia en la Fig. 5, la unidad de formación de imágenes reutilizable 22 del endoscopio 20 está rodeada por la unidad de vaina/iluminador estéril desechable 24. La unidad de vaina/iluminador desechable 24 presenta la vaina desechable 34 que está cerrada herméticamente en el extremo distal 84 y rodea y circunda el tubo alargado 28 que incorpora las fibras ópticas 26 de la unidad de formación de imágenes 22. El mecanismo de montaje 36 situado en la base 35 de la unidad de vaina/iluminador 24, está fijado a un mecanismo de montaje 92 situado sobre la unidad de formación de imágenes 22.

La unidad de vaina/iluminador desechable 24 incorpora el recubrimiento 52 que rodea la empuñadura de la unidad de formación de imágenes 22. Así mismo, la unidad de vaina/iluminador desechable 24 incorpora el acoplamiento metálico flexible de iluminación que se conecta a una fuente de luz 40 como se aprecia en la Fig. 1. El acoplamiento metálico flexible de iluminación 88 está ópticamente acoplado a las fibras ópticas existentes en la vaina de acuerdo con lo expuesto con mayor detalle más adelante.

Con referencia a la Fig. 6A, se muestra una vista lateral de la unidad de vaina/iluminador 24. La unidad de vaina 24 incorpora la vaina desechable 34 con una vaina exterior alargada 98 la cual se extiende desde la base 35 hasta el extremo distal 84. El acoplamiento metálico flexible de iluminador 88 se extiende desde la base y está ópticamente acoplado a las fibras de iluminación situadas dentro de la vaina 34 como se aprecia en la Fig. 7A. El recubrimiento 52 es sostenido por la base 35 de la unidad de vaina/iluminador 24 para recubrir la empuñadura 35 de la unidad de formación de imágenes 22 cuando las dos unidades 22 y 24 están combinadas.

La Fig. 6B es una vista de tamaño ampliado del extremo distal 84 de la vaina desechable 34 de la unidad de vaina/iluminador 24. La vaina desechable 34 incorpora la vaina exterior 98 la cual se extiende desde el interior de la base 35, como se aprecia en la Fig. 6A, y sirve como cubierta protectora y como barrera estéril de la unidad de vaina 24. Separado y colineal con la vaina interior 98 se encuentra un tubo interior 100 de la vaina desechable 34. El tubo interior 100 define un vacío o espacio cilíndrico 102 para recibir el tubo alargado 28 de la sonda 29 de la unidad de formación de imágenes 22. El tubo interior 100 se extiende así mismo desde el extremo distal 84 de la vaina desechable 34 hasta la base 35 de la unidad de vaina/iluminador 22. El tubo interior 100 se extiende más allá de la vaina exterior 98 para crear un canal 106 para recibir una pluralidad de fibras de iluminación 108 como se aprecia de forma óptima en la Fig. 6A y en la Fig. 7A. En el extremo distal del tubo 100 está situada una ventana 110 que está fijada al tubo interior 100 para obtener una barrera estéril 84 entre el espacio de aire 102 para recibir el tubo alargado 28 de la unidad de imagen 22 y la porción exterior de la vaina/iluminador 24 que está en contacto con el cuerpo.

En una forma de realización preferente, la vaina exterior 98 de la vaina desechable 34 de la unidad de vaina/iluminador 24 está hecha de un material de acero inoxidable y tiene un diámetro interior de, modo aproximado, 0,096 cm. El tubo interior 100 está también hecho de un material de acero inoxidable. Las fibras de iluminación 108 están hechas de fibra de vidrio o de plástico. Dependiendo del tamaño del dispositivo, se utiliza el número máximo de fibras de iluminación 108 para llenar el canal 106. En un ejemplo, la vaina desechable 34 se extiende 5,70 cm desde la base 35 de la unidad de vaina/iluminador 24.

Interpuesta entre la vaina exterior 98 y el tubo interior se encuentra la pluralidad de fibras de iluminación 108 las cuales rodean el tubo interior 100 como se muestra de forma óptima en la Fig. 7A y en la Fig. 7B. La Fig. 7A es una vista en sección a través de la base 35 de la vaina desechable 24. La vaina interior 98 se muestra en la mitad inferior de la Fig. 7A y termina antes de la porción seccionada existente en la mitad superior de la Fig. 7A. El tubo interior 100, sin embargo, que define el espacio de aire 102 para recibir el tubo alargado 28 de la unidad de formación de imágenes 22 se extiende hasta una cámara de recepción 114 como se observa en la Fig. 6A y, por consiguiente, se muestra tanto en las porciones superior como inferior de la Fig. 7A. La luz es transmitida desde el acoplamiento metálico flexible de iluminación 88 a través de las fibras 108, como se aprecia en la Fig. 6A, hasta una unidad de transmisión 118 como se aprecia en la mitad superior de la Fig. 7A la cual se apoya en las fibras de iluminación 108 situadas entre la vaina exterior 98 y el tubo interior 100 de la vaina desechable 34 de la unidad de vaina/iluminador 24.

La Fig. 7B muestra el extremo distal 84 de la unidad de vaina/iluminación desechable 24. La ventana 110 cubre y cierra herméticamente el espacio de aire 102 que recibe la unidad de formación de imágenes 22 y está rodeada por el tubo interior 100. Interpuesta entre la vaina exterior 98 y el tubo interior 100 se encuentra la pluralidad de fibras de iluminación 108. En la forma de realización mostrada, el extremo distal de las fibras de iluminación 108 no están protegidas y están expuestas al cuerpo.

La Fig. 8 es similar a la Fig. 6A en el sentido de que muestra la unidad de vaina/iluminación desechable 24. Así mismo, la Fig. 8 muestra el entero acoplamiento metálico flexible que está recortado en la Fig. 6A.

El acoplamiento metálico flexible de iluminación 88 tiene una conexión 38 para su conexión con un conector situado sobre la fuente de luz 40. El acoplamiento metálico flexible de iluminación 88 tiene una pluralidad de fibras ópticas que discurren desde la conexión 38 hasta las fibras 108 las cuales transmiten la luz recibida desde la fuente de luz 40 hasta la unidad de transmisión 118 mostrada en la Fig. 7A y salen por el punto situado en la referencia numeral 84.

Con referencia a la Fig. 9, en ella se muestra una vista en sección de la unidad de formación de imágenes del endoscopio 20. La unidad de formación de imágenes 22 incorpora la sonda 29 con el tubo alargado 28 que se extiende desde la empuñadura 32. En el extremo proximal de la empuñadura 32, está en el dispositivo de formación de imágenes. En esta forma de realización, un dispositivo de acoplo de carga (CCD) 30B, el cual convierte la imagen óptica en una imagen eléctrica, es sostenido por dentro de la carcasa separable 120A de la empuñadura 32. Interpuesta entre la fibra o las fibras 26, las cuales se extienden por dentro del tubo alargado 28 y del CCD 30B, se encuentra una pluralidad de lentes 122A para la proyección de la imagen del extremo proximal 124 de la fibra o fibras ópticas 26 sobre el CCD 30B. La ventana de vidrio 122B está fijada a la carcasa 120B y proporciona un cierre estanco al dispositivo de visualización. Así mismo, protege las lentes de la contaminación.

La unidad de formación de imágenes 22 aumenta la imagen procedente del extremo de la fibra óptica 26 y la acopla al dispositivo de acoplo de carga 30B. Como se indicó con anterioridad, el dispositivo de acoplo de carga está acoplado al almacenaje electrónico y/o de representación, como por ejemplo una computadora 44 la cual está conectado a un monitor 46 como se aprecia en la Fig. 1.

La empuñadura 32 de la unidad de formación de imágenes 22 tiene un mecanismo de montaje 128 para su acoplamiento con los mecanismos de montaje 36 de la unidad de vaina/iluminador 24. El mecanismo de montaje 128 tiene unas ranuras 130 para recibir unos pasadores situados sobre los mecanismos de montaje 36. Así mismo, el mecanismo de montaje 128 tiene una protección 134, desde la cual se proyecta la sonda 29, que se aloja en la cámara de recepción 114 de la unidad de vaina/iluminador 24, como se aprecia en la Fig. 6A.

En la Fig. 10A se muestra una vista de tamaño ampliado del extremo distal de la unidad de formación de imágenes 22. La sonda 29 de la unidad de la unidad de formación de imágenes 22 incorpora el tubo alargado 28 que se extiende desde el extremo distal 126 hasta la carcasa 120 de la empuñadura 32. En el extremo distal 126 de la sonda 29 hay así mismo un tubo 138 que se extiende hasta una pequeña distancia desde el extremo distal 126 y hasta justo una ligera distancia más allá de los extremos de las fibras de ópticas o de imagen 26. El tubo 138 es habitualmente designado como el tubo largo en cuanto que un tubo de diámetro más corto y más pequeño 140 el cual es colineal con el tubo largo 138, se aloja dentro del tubo largo 138 y extiende un sistema de lente 142 situado en el extremo distal 126. El tubo alargado exterior 128, el tubo largo 138 y el pequeño tubo 140 están montados de manera que sus extremos distales estén nivelados y estén sujetos mediante un adhesivo, como por ejemplo una resina epoxi de calidad médica. En el extremo del tubo alargado 28 de la unidad de formación de imágenes 22 se encuentra el sistema de lente 142 que se describe con mayor detalle más adelante. El tubo alargado 28 de la unidad de formación de imágenes 22 se aloja dentro de la unidad de vaina/iluminación desechable 24 y, por consiguiente, no necesita ser esterilizado antes de su primer uso.

La Fig. 10B es una vista desde un extremo del extremo distal 126 de la unidad de formación de imágenes 22. Se muestran y son colineales el sistema de lentes 142, el pequeño tubo 140, el tubo largo 138 y el tubo exterior o alargado 28.

Con referencia a la Fig. 11, en ella se muestra una vista en sección de la unidad de formación de imágenes 22 del endoscopio 20. La sonda 29 de la unidad de formación de imágenes 22 tiene una pluralidad de fibras 146 para la transmisión de la imagen desde el extremo distal 126 de la sonda 29 hasta la empuñadura 32. Rodeando la fibra 146 en el extremo distal de la sonda 29 se encuentra el tubo largo 138 para mantener en posición las fibras 146 de las fibras de imagen 26. El tubo exterior o alargado 28 rodea el tubo largo 138 y protege las fibras 146 de las fibras de imagen 26 desde su inicio cerca del extremo distal 126 de la sonda 29 hasta el otro extremo dentro de la empuñadura 32. Hay típicamente miles de fibras 146 como se muestra en la Fig. 11 que están fundidas entre sí. La carga de la imagen dentro de ellas se lleva a cabo mediante el sistema de lentes terminal distal 142 el cual, según se describe más adelante, dispone los niveles de luz de la imagen en una relación con respecto al emplazamiento del haz de fibras 26 de la imagen.

Así mismo, las fibras están dispuestas en un procedimiento de paquetes en desorden. El procedimiento de paquetes en desorden limita la transmisión de imágenes/luz procedente de una lente 142 a otra cuando el haz de fibras 26 de la imagen se extiende desde cerca del extremo distal 126 de la unidad de formación de imágenes 22 hacia el extremo proximal de las fibras situadas dentro de la empuñadura 32. El empaquetado en desorden de las fibras se consigue mediante la variación del barnizado de las fibras, que es el área que va a ser examinada.

Con referencia a la Fig. 12, en ella se muestra una vista en sección del extremo distal de la sonda 29 de la unidad de formación de imágenes 22 dentro de la vaina desechable 34 de la unidad de vaina/iluminación 24. La vaina desechable 34 presenta la vaina exterior 98 situada en posición colineal con el tubo interior 100. Interpuesta entre la vaina exterior 98 y el tubo interior 100 se encuentra una pluralidad de fibras de iluminación 108 como se muestra de forma óptima en la Fig. 7B, con fines de iluminación. En el extremo distal de la vaina desechable se encuentra la ventana que está fijada, como por ejemplo mediante cementado, para crear una frontera con el espacio de aire o el canal interior 102 que recibe la sonda 29 de la unidad de formación de imágenes 22. La unidad de formación de imágenes 22 incorpora el tubo alargado o exterior 28 que se extiende desde el extremo distal 126 hasta por dentro de la empuñadura 32, como se muestra en la Fig. 9. Situados en el extremo distal 126 de la sonda 29 se encuentran dos tubos o manguitos adicionales, el manguito interior más corto, designado como el pequeño tubo 140, que retiene y sujeta los elementos de lente del sistema de lente distal 142. Un manguito más largo y más ancho, designado como el tubo largo 138, rodea el tubo 140 y el inicio de las fibras 146 de las fibras de imagen 26.

El sistema de lentes distal 142, como se muestra en la Fig. 12, es un sistema de lentes acromáticas que incorpora un par de lentes 150 y 152 y un tope de apertura 154. Las lentes 150 y 152 tienen cada una una superficie convexa 156 encaradas entre sí. La segunda lente 152, más próxima al extremo distal 126, tiene una superficie planar 158 que se apoya en el tope de apertura óptica 154. El tope de apertura 154 y las lentes 150 y 152 están diseñadas para que el seno del ángulo de rayos máximo se aproxime a las fibras en la N.A. (apertura numérica).

Los alineamientos 160 de los rayos de la Fig. 12 ilustran la proyección de una imagen fuera de la página hacia la derecha en la longitud frontal apropiada y cómo esta imagen es trasladada a través del tope de apertura 154 y a través de las lentes 152 y 150 hasta la pluralidad de fibras 146 de las fibras de imagen 26. El sistema de lentes es no telecéntrico.

Con referencia a la Fig. 13, en ella se muestra un gráfico del seno del ángulo de rayos máximo con respecto a la altura de la imagen normalizada para tres sistemas de lentes diferentes que incluyen un sistema de lentes de la técnica anterior. Como se expuso con anterioridad, el campo de visión depende de la configuración de la lente. El gráfico de la Fig. 13 muestra una línea para el seno máximo de un ángulo de rayos para un sistema de lentes de 50 grados y una segunda línea para un seno máximo de un ángulo de rayos de un sistema de lentes de 70 grados. En el sistema de 70 grados, el seno máximo es de aproximadamente 0,32. Por consiguiente, la N.A. (apertura numérica) de la fibra es aproximadamente la misma. Por el contrario, el campo de 50 grados del sistema de visión tiene un seno de un ángulo de rayos máximo de aproximadamente 0,25. Por consiguiente, las fibras tienen esta apertura numérica. El sistema tiende a proporcionar un campo de visión en cualquier nivel seleccionado de 30 a 80 grados, por ejemplo.

En una forma de realización, el endoscopio 20, tiene 10.000 elementos de fibra. En esta forma de realización cada elemento de fibra 146 tiene un diámetro de 4,4 micrómetros. El diámetro total de la fibra 26 es de 0,46 mm. El tubo alargado exterior 28 de la unidad de formación de imágenes está hecho de acero inoxidable. Se prevé que el instrumento de visualización pueda estar hecho de varios tamaños, la tabla subsecuente es simplemente una ilustración de diversos tamaños de instrumentos de visualización implicados.

1

Como se desprende de la tabla anterior, una alternativa a una lente acromática descrita con anterioridad con respecto a la Fig. 12 y a la Fig. 13, es una lente selfoc grin. La Fig. 14 muestra una forma de realización alternativa de la sonda 29 de la unidad de formación de imágenes 22 del endoscopio 20 con una lente grin 168. La lente grin 168 tal y como se muestra en la Fig. 14 es una lente con índice gradiente de un solo elemento. La sonda 29 de la unidad de imagen 22, como se muestra en la Fig. 14, tiene un tubo exterior o alargado 28 que se extiende desde el extremo distal 126 hasta la empuñadura 32, no mostrada en la Fig. 14. Así mismo, similar al de la Fig. 10A, un tubo 138 se extiende hasta una pequeña distancia desde el extremo distal 126. Este tubo 138 se designa habitualmente como el tubo largo, se extiende justo ligeramente por debajo de los extremos de las fibras de imagen ópticas 26. Y ello frente a la forma de realización mostrada en la Fig. 10A en el sentido de que la lente 170 es una lente única y no se necesita un pequeño tubo 140 para retener los elementos de un sistema de lentes.

La lente grin 168 en general no proporciona una calidad de imagen tan buena como la del sistema de lentes acromáticas 142 descrito con anterioridad en el sentido de que la imagen resulta menos clara (esto es, borrosa y distorsionada) hacia el borde de la imagen. Así mismo, la corrección del color, los cambios en la intensidad como función de la longitud de onda, no es tan satisfactoria como en el sistema de lentes acromáticas. Sin embargo, el sistema de lente GRIN 168 puede ser deseable en situaciones en las que el coste sea un factor de mayor importancia que el de la calidad de la imagen global. Así mismo, debido a que la lente grin 170 es una lente con un solo elemento, la profundidad de los campos puede ser limitada. Aunque solo se muestran 2 grados diferentes de libertad, se prevé que puedan realizarse sistemas de lente con otros campos de visión.

La Fig. 15 es una vista en sección del endoscopio alternativo 170. En esta forma de realización del endoscopio 170, el acoplamiento metálico flexible iluminador 172 es una parte de la empuñadura 174 de la unidad de formación de imágenes 176 y, por consiguiente, no es parte de una unidad de vaina/iluminador desechable 178. Un haz de fibras ópticas 180 es utilizado para transmitir la luz de iluminación desde el acoplamiento metálico flexible 172 hasta una superficie de contacto 182 de la empuñadura existente en la empuñadura 184 donde la luz es transferida hacia una superficie de contacto 184 de la luz situada sobre la unidad de vaina/iluminador 178 para transmitir la luz desde la empuñadura 184 hasta la vaina desechable 186.

La Fig. 16A es una vista en sección que muestra la superficie de contacto. La Fig. 16A es una vista en sección de la base 188 de la unidad de vaina/iluminador desechable 178. La porción superior de la Fig. 16A muestra el recubrimiento 52 separado de la base 188. La base 188 tiene una superficie de contacto 184 de la luz que recibe la luz desde la superficie de contacto 182 de la empuñadura sostenida sobre la empuñadura 174.

Además de la forma de realización del endoscopio 170 mostrada en las Figs. 16A a 16C, la unidad de vaina/iluminador 178 tiene una de las fibras de iluminación 190 sustituidas por un tubo o canal 192. El tubo 192 que se aprecia en las Figs. 15 y 16A a 16C es capaz de recibir una fibra láser. El usuario pasa una fibra láser a través del tubo 190 desde el extremo proximal de la unidad de iluminación 178 existente en la base 188, como se aprecia en la Fig. 15, hasta el extremo distal de la unidad de iluminación para que el usuario, mientras observa la imagen a través de las fibras de formación de imágenes y del CCD, pueda completar un proceso utilizando la fibra láser.

La mitad inferior de la Fig. 16A muestra una vista en sección transversal a través de la base 188 de la unidad de vaina/iluminador 178 que muestra el tubo 192 extendiéndose a través de la base por el interior del anillo que contiene las fibras de iluminación 190. Similar a la mostrada en la Fig. 7A, la Fig 6A muestra un tubo interior 194 alrededor del cual están situadas las fibras de iluminación 190. El tubo interior 194 define un espacio de aire a través del cual pasa la sonda 29 de la unidad de formación de imágenes 176 del endoscopio 170.

La Fig. 16B es una vista en sección de la vaina desechable 186 que muestra un tubo exterior 196 de la vaina desechable 186 y que rodea las fibras de iluminación 190 y un hipotubo de señales 192. El tubo interior 194 rodea el espacio de aire 102 el cual recibe la sonda 29 de la unidad de formación de imágenes 176. La Fig. 16C es una vista de tamaño ampliado que muestra el hipertubo 192 que está abierto para recibir la fibra láser dentro del rayo anular que contiene las fibras de iluminación 190 entre el tubo interior 194 y la vaina exterior 196.

Aunque las Figs. 15 - 16C no muestran una cánula 60 se prevé en la mayoría de los usos del endoscopio 20 o 170, que puede utilizarse una cánula 60 como protección adicional del endoscopio 20 o 170.

Con referencia a la Fig. 17, en ella se muestra una unidad de vaina/iluminador desechable 230 de dos piezas. El endoscopio presenta una primera unidad 232 de la unidad de vaina/iluminación desechable 230 de dos piezas, un montaje y una unidad de cubierta 232, que está montada sobre la empuñadura 32 de la unidad de formación de imágenes 22. El montaje y la unidad de cubierta 232 tienen un recubrimiento 52 que se extiende sobre la empuñadura 32 de la unidad de formación de imágenes 22 y del acoplamiento metálico flexible de iluminación 88 cuando se utilice. El recubrimiento 52 queda retenido sobre un manguito desechable 234 para mantener el recubrimiento 52 hasta que quede situado sobre la empuñadura 32. La segunda unidad 236 de la unidad de vaina/iluminación desechable 230, una vaina desechable 236, contiene el tubo alargado que cubre la sonda 29. Esta segunda unidad 236 tiene un mecanismo de montaje 238 para su fijación a la primera unidad 232. Por consiguiente, es posible retirar la vaina desechable, la segunda unidad 236 y sustituirla por una nueva manteniendo al tiempo el recubrimiento 52 que está montado sobre la unidad de montaje y cubierta 232 sobre la empuñadura.

La Fig. 18 es una vista esquemática de una unidad de control 250 para el endoscopio. La unidad de control 250 tiene una salida de fuente de energía 252, una entrada 254 para la imagen procedente del CCD y una fuente de luz 256. Además de la unidad de procesamiento 260 para procesar los datos de imagen, la unidad tiene un dispositivo de registro 258, como por ejemplo un impresor de CDs para crear un medio almacenable para retener datos, como por ejemplo una línea de base para el paciente.

El endoscopio se utiliza tal como se muestra en términos generales en la secuencia 270 del proceso de la Fig. 19. El paciente llega a la consulta del usuario/médico. El médico o técnico utiliza una técnica de doble guante en la que dos guantes esterilizados son situados en cada una de las manos del médico. El médico toma la unidad de empuñadura/iluminador que no está esterilizada en una mano y sujeta la unidad de vaina/iluminador esterilizada con la otra mano. El médico a continuación toma el cable de iluminación y fija el cable de iluminación al acoplamiento metálico flexible situado sobre la unidad de vaina/iluminador desechable. La salida de energía e imagen son así mismo conectadas a la unidad de control. Con el endoscopio conectado a la unidad de control, la porción de recubrimiento del montaje de vaina se extiende 272 sobre la empuñadura y hacia debajo de los cables hasta una longitud tal que proporcione un campo estéril. Cuando esto se ha completado, el médico se quita el primer par de guantes y está listo para iniciar la intervención.

Después de desinfectar la zona, la cánula con el trocar es insertado dentro del cuerpo mediante una técnica estándar de inserción de sondas con la mano del médico. Una vez que la cánula está en posición, el trocar es retirado 274 y la punta del endoscopio es colocada dentro de la cánula. El endoscopio es fijado a la cánula utilizando un tornillo u otro medio de sujeción. El sistema es accionado 276 y se inicia un registro de vídeo para que el médico sea capaz de desplazar la cánula dentro y fuera y alrededor de la posición de la sonda para visualizar la zona deseada o un monitor. El médico puede llevar a cabo la intervención 278 en la zona utilizando otros instrumentos como por ejemplo un bisturí de láser o un instrumento de cauterización, o un instrumento electroquirúrgico y/o el canal operativo del montaje de sonda o vaina. El entero procedimiento de examen o quirúrgico puede ser registrado 280 en un disco de vídeo o en otro dispositivo de memoria. El procedimiento se concluye y el montaje de vaina puede ser desechado 282 y otro montaje de vaina estéril puede fijarse 284 a la sonda para efectuar otro procedimiento.

Las reivindicaciones no deben considerarse como limitadas al orden o a los elementos descritos a menos que así se declare.

Claims (7)

1. Un endoscopio que comprende una unidad de formación de imágenes (22) y un montaje de vaina retirable (24); comprendiendo la unidad de formación de imágenes (22):

\quad

una sonda (29);

\quad

una guía de ondas (26) con fibra óptica situada dentro de la sonda (29) dispuesta para transmitir una imagen desde su extremo distal hasta su extremo proximal;

\quad

un dispositivo de formación de imágenes (30B) dispuesto para recibir una imagen procedente de la guía de ondas (26) con fibra óptica; y

\quad

un sistema de lente (142) acoplado al extremo distal de la guía de ondas (26) con fibra óptica y un sistema óptico acoplado al extremo proximal de la guía de ondas (26) con fibra óptica; y comprendiendo el montaje de vaina (24):

\quad

una vaina (34) que presenta una ventana (110) en su extremo distal y que presenta al menos una fibra óptica (108); estando el endoscopio caracterizado por:

\quad

un mecanismo de montaje (36) situado en el extremo proximal de la vaina (34); y porque:

\quad

la unidad de formación de imágenes (22) incluye una empuñadura (32) que está conectada a la guía de ondas (26) con fibra óptica;

\quad

el dispositivo de formación de imágenes (30B) está situada dentro de la empuñadura (32);

\quad

la vaina (34) tiene un canal de iluminación anular (106);

\quad

hay una pluralidad de fibras ópticas (108) dispuestas en una formación anular dentro de canal de iluminación anular (106);

\quad

el montaje de vaina (24) está fijado de manera retirable al extremo distal de la empuñadura (32) mediante el mecanismo de montaje (36) de forma que la vaina (34) se extiende sobre la sonda (29); y

\quad

la vaina tiene un diámetro exterior de 1 a 4 mm.

2. El endoscopio de la reivindicación 2, en el que el sistema de lente (142) comprende un primer elemento de lente (150), un segundo elemento de lente (152) y un tope (154) de la apertura.

3. En endoscopio de la reivindicación 1, en el que el sistema de lente (142) acopla la luz en cualquier posición sobre la superficie distal del sistema de lente a una pluralidad de fibras ópticas (146) situadas en la guía de ondas (26) de manera que la apertura numérica de la luz que entra en cada fibra desde una posición varía en función del ángulo.

4. El endoscopio de la reivindicación 1, en el que la guía de ondas (26) con fibra óptica comprende una pluralidad de fibras ópticas con gradiente de índice que presentan diferentes aperturas numéricas.

5. En endoscopio de la reivindicación 1 que comprende así mismo una unidad de control que tiene una entrada que conecta con un cable eléctrico desde el dispositivo de formación de imágenes, una fuente de luz (256), un procesador de imagen (260) y una memoria.

6. El endoscopio de la reivindicación 1 en el que la unidad de control incorpora un dispositivo de registro (258).

7. El endoscopio de la reivindicación 1 que comprende así mismo una boca de conexión (128) que conecta el mecanismo de montaje sobre la vaina, incluyendo así mismo la vaina un manguito que proporciona una barrera estéril que se extiende alrededor de la empuñadura, pudiendo el endoscopio ser conectado a una cánula que presenta una conexión Lüer y un trocar retirable.