KR101648598B1 - 피드백 조절 시스템을 갖는 내시경 led 광원 - Google Patents
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Abstract
외부 내시경 광원 시스템은 광 출력을 내시경에 제공하기 위한 발광 다이오드를 포함한다. 광은 내시경으로 투과하기 위한 광학 섬유 케이블로 제공된다. 광학 섬유는 광 출력의 일부를 접수하고 출력을 색상 값을 감지하기 위한 색상 센서로 제공한다. 색상 값은 전력을 각종 LED에 대하여 조정하여 백색 광 출력을 제공하는 조절기로 제공한다. 광원에서 색상 센서 대신에, 광원은 내시경을 위해 제공된 비디오 카메라로부터 백색 균형 신호를 접수할 수 있다. 백색 균형 신호는 각각의 LED로부터의 광 출력의 강도를 변화시켜서 백색 광 출력을 획득한다. 카메라는 또한 광원에 대하여 카메라 이미지 센서의 셔터 속도를 제공한다. 셔터 속도를 사용하여, 카메라의 셔터가 열리는 경우에만, 광 출력을 펄스화하거나 조절한다. 광원에 위해 광 출력을 조절함으로써, 광원에 의해 발생된 열의 양을 최소화한다.
Description
관련 출원의 교차 참조
본 출원은, 전문이 본원에서 참조문헌으로 혼입된, 2008년 11월 18일자로 출원된 미국 가 특허원 제61/199 597호의 이익을 청구한다.
본 발명은 내시경을 통해 외부 광원으로부터 수술 부위로 조명을 제공하기 위한 고체 상태 시스템에 관한 것이다. 외부 광원은 당해 외부 광원으로부터 내시경 입구로 광을 제공하는 광학 섬유 광 케이블(fiber optic light cable)을 포함한다.
광원은 수술 도중에 신체 내의 부위를 검사하기 위한 내시경검사법에서 사용된다. 전형적으로, 내시경은 내시경 본체를 통해 근위 핸들(proximal handle)로부터 이의 원위 관찰 팁(distal viewing tip)으로 연장되는 광학 섬유의 세트가 장착된 강성 또는 가요성 신장 삽입 튜브를 포함한다. 외부 광원은 내시경의 측면의 기둥에 부착되는 케이블을 통해 광학 섬유에 광을 제공한다.
선행기술의 도 1 및 2는 고체 상태 광원을 기술하고 있는 미국 특허 제6 921 920호로부터 입수한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 조명을 제공하기 위한 내시경 시스템(10)은 고체-상태 광원(12), 비디오 모니터(14), 카메라(16), 및 내시경(18)을 포함할 수 있다. 광원(12)은 광 가이드(26)를 통해 내시경(18)의 원위 말단(22)으로 운반되는 백색 광을 생성시킨다. 광 가이드(26)는 다수의 섬유를 포함하고 광원(12)의 출력 연결기(28)와 광 포스트(30) 사이에 연결된다. 백색 광은 내시경의 원위 말단(22)에서 작업 영역(24)을 조명한다. 내시경의 핸들(32)에 연결된 비디오 카메라(16)는 비디오 모니터(14) 위에 표시하기 위한 작업 영역(24)에서 이미지를 나타내는 비디오 신호를 발생시킨다.
도 2는 도 1의 공지된 배열을 위한 특정한 광원(12)의 개략도를 나타낸다. 도 2의 광원(12)은 상응하는 LED 어레이(array; 38)로부터의 광을 평행하게 하는 데 사용된 광학 시스템(34) 및 렌즈 어레이(36)를 포함한다. 이후에, 초점화 렌즈(40: focusing lens)는 광을 광 가이드(52) 상으로 초점화한다.
LED 어레이(38)는 원형 2차원 어레이로 배열된다. 상응하는 렌즈 어레이(36)는 LED 어레이(38)의 전면에 위치하여 각각의 반도체 광원(42)이 상응하는 렌즈(46)의 광축(44)을 따라 위치하도록 한다. 렌즈(46)는 이의 LED(42)에 의해 방출된 광을 평행하게 만든다. 렌즈(46)는 단일 또는 이중 비구면렌즈, 복합 렌즈, 광점 지수형 렌즈 또는 이들 각각의 조합물과 같은 단일 렌즈를 나타낼 수 있다. 기타의 배열은 점착, 융합 등에 의해 LED 어레이의 부분으로서 제공되는 렌즈 어레이를 갖는다. 일부 배열은 직사각형 LED 및 렌즈 어레이를 갖는다.
초점화 렌즈(40)의 초점 길이, 및 렌즈(46)의 직경은 수 밀리미터 정도로 선택된다. 실제 값은 렌즈(46)의 관찰 영역을 결정하는 LED 방출 표면(48)의 크기를 기준으로 하여 선택된다.
렌즈 어레이(36)로부터의 시준된 광은 초점화 렌즈(40)로 이동시킨다. 초점화 렌즈(40)는 각각의 LED 방출 표면(48)의 이미지를 광 가이드(42)의 입사면(50) 위로 투사(projection)시킨다. 이 이미지를 확대하여 크기가 광 가이드(42)의 입사 면(50)의 크기와 대략 동일하도록 한다. 광 가이드(42)는 광을 내시경으로 이동시킨다. 이러한 광은 내시경을 통과시켜 수술 부위를 조명한다. 카메라(16)는 비디오 모니터(14)에 디스플레이하기 위한 수술 부위의 이미지를 제공한다.
상기한 내시경 시스템 및 기타 내시경 조명 시스템과 관련된 영역은 광 가이드(26)를 통한 광원으로부터 영역의 원위 말단에서의 금속 접합부로 열을 이동시키는 것이다. 일부 경우에, 상기 영역의 원위 말단에서의 온도는 70℃ 정도로 높을 수 있다. 외과의사가 환자내로부터 내시경을 제거하고 이 내시경을 환자 몸 위에 올려놓는 경우, 환자의 피부가 화상을 입을 수 있다. 또한, 내시경이 사용자의 신체 내부에 부착되는 경우, 금속 원위 팁(tip)이 환자의 조식에 상처를 입힐 가능성이 있다.
본 발명의 한 가지 목적은 최소 전압 또는 전력 수준에서 작동하는 광원의 다수의 고체 상태 광원을 가지면서 필요한 양의 광을 제공하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 가지 양태는 내시경을 통해 수술 부위에 가해진 광의 색상을 감지하는 것이다. 감지된 색상 값(color value)에 따라, 개개의 발광 다이오드 또는 다이오드 어레이에 대한 전력을 조절하여 광의 색상들의 균형을 맞춰서 백색 광을 생성시킨다. 이러한 방식으로, 광원으로부터 반사광을 수취하는 카메라에서의 백색 균형은 색상 균형 피드백을 갖지 않는 광원과 비교하여 필요하지 않다.
본 발명의 또 다른 양태는, 광학 섬유 케이블의 원위 말단이 내시경으로부터 분리되는 경우 광원에 대한 전력 공급을 자동적으로 중단한다.
특정한 용어는 단지 편의 및 참조를 위해 하기에 사용할 것이며, 한정하지는 않을 것이다. 예를 들면, 용어 "상방으로", "하방으로", "우측방향으로" 및 "좌측방향으로"는 참조가 되는 도면에서의 방향을 나타낸다. 용어 "안쪽방향으로" 및 "바깥쪽방향으로"는 각각 배열의 기하학적 중심 및 이의 지정 부분을 향한 및 이로부터 멀어지는 방향을 나타낼 것이다. 상기 용어는 구체적으로 언급된 용어, 이의 유도체, 및 유사한 중요성의 용어를 포함할 것이다.
상세한 설명
도 3은 고체 상태 발광 장치, 예를 들면, 발광 다이오드(66a, 66b, 66c)에 다수의 전력 출력(64a, 64b, 64c)을 제공하는 전력 공급 장치(62)를 포함하는 광원(60)의 블록 다이아그램이다. 이러한 발광 다이오드(66a 내지 66c)는 광을 이하에 더 상세히 기술하게 될 광 옵틱(light optic; 68)에 제공한다. 광 옵틱(68)은 시준된(평행하게 만든) 광 출력(70)을 중공 광 전송 로드(hollow light transmitting rod)(72: 계면) 내에 제공한다. 광 출력(70)은 백색 광인 것으로 의도된다.
광 전송 로드(72)의 원위 말단에서, 광학 섬유(74)는 광 출력(70)의 극소 부분을 수취하도록 배향된다. 광학 섬유(74)는 광원 하우징 내에 배치된 색상 센서(76)에 내부로 수취된 광을 제공한다. 색상 센서(76)는 색상 균형 회로(80)에 색상 출력 신호(78)를 제공한다. 색상 균형 회로는 색상 균형 출력 신호(82a, 82b, 82c)를 전력 공급 장치(62)에 제공한다. 전력 공급 장치(62)는 LED 또는 LED 어레이(66a-66c)에 전력을 공급하는 개개의 전력 출력 회로(63a-63c)를 포함한다.
작동시, 도 3에 도시된 광원 양태는 광 출력(70)을 광 전송 로드(72)에 제공하고, 이 광 출력은 광학 섬유 케이블에 의해 수취되며, 이 광학 섬유 케이블은 광 출력(70)을 내시경에 제공한다.
내시경을 위한 광 출력(70) 외에도, 상기 로드(72)의 원위 말단에 있는 에지(edge)에 배치된 광학 섬유(74)는 광 출력(72)의 작은 부분을 수취하며 광을 색상 센서(76)에 제공한다. 색상 센서(76)는 광의 특성을 감지하고, 존재하는 경우, 어떠한 색상이 광 출력(70)에서 우세한지를 결정한다. 예를 들면, 풍부한 적색 광이 광 출력(70)에 제공되면, 상태는 광 출력이 반사되는 물체의 이미지의 빛깔 또는 색상을 변화시킬 것이다. 따라서, 색상 센서(76)는 광학 섬유(74)로부터 광을 수취하고 광학 섬유(74)에서의 색상의 강도를 결정한다. 이후에, 색상 센서(76)는 LED 또는 고체 상태 발광 성분(66)으로부터의 합해진 광에 상응하는 색상 출력 신호(78)를 제공한다.
색상 균형 회로(80)는 색상 센서(76)으로부터 색상 출력 신호(78)를 수신하고, 존재하는 경우, 착색된 발광 다이오드(66a 내지 66c) 중의 더 많은 또는 더 적은 광을 광학 섬유(68)에 출력시킬 필요가 있는지를 결정한다. 이후에, 색상 균형 회로(80)는 색상 균형 출력 신호(82a, 82b, 82c)를 전력 공급 장치(62)에 제공한다. 전력 출력 회로(63a-63c)는 색상 균형 출력 신호(82)를 기준으로 한 발광 다이오드(66a-66c)를 개별적으로 조절하여, 한 가지 양태에 따라, 균형된 백색 광 출력(70)을 획득한다. 그러나, 일부 상황에서, 백색 광 출력은 작업 영역을 관찰하기 위한 가장 이상적인 광 색상이 아닐 수 있다. 따라서, 색상 균형 회로(80)는 발광 성분을 조절하여 소정의 목적하는 색상을 제공한다.
결론적으로, 광원 하우징 내에 포함되는, 도 3에 나타낸 광원 배열은, 광 전송 로드(72)를 통해 가공되고 출력되는 광을 제공하는 각종의 개별 발광 다이오드(66a 내지 66c)의 조건 또는 특성과 무관하게, 소정의 색상 광 출력(70)을 제공하도록 작동한다.
광 옵틱(LIGHT OPTICS)
도 4는 광원(60) 내에 제공된 광 옵틱(68)의 한 가지 양태를 도시한다. 도 4의 양태는 각각 적색, 녹색 및 청색 LED(66a-66c)를 포함한다. 광 옵틱(68)은 각각의 LED(66a-66c)에 의해 제공된 광을 포함하기 위한 다수의 벽을 포함한다.
광 옵틱(68)은 녹색 광을 반사하기 위한 녹색 LED(66b) 밑에 배치된 반사기 또는 거울(88)을 포함한다. 반사기(88)는 도 4에 도시된 바와 같이 실질적으로 가로 수평방향으로 녹색 광을 대략 45도 각도로 배향시킨다. 녹색 광은 제1 이색성 밴드 통과 필터(90)를 향해 반사되어 녹색 광이 이를 통과하도록 한다.
도 4에서, 적색 LED(66a)는 하방으로 향하고 제2의 각이 진 고-통과 이색성 필터(second angled high-pass dichroic filter)(92)를 통과하는 적색 광을 제공한다. 이색성 필터(92)를 통과한 후에, 적색 광은 제1 밴드 통과 필터(90)로 진행되고 이로부터 횡방향으로 반사되어 실질적으로 필터(90)를 통과하는 녹색 광과 배열된다. 따라서, 적색 광 및 녹색 광은 동일한 광학 경로를 따라 이동한다.
청색 LED(66c)는 적색 LED(66a)로부터의 광의 방향에 대하여 횡방향의 경로를 따라 광을 제공한다. 청색 광은 동일한 방향에서 및 적색 광과 동일한 경로를 따라 고-통과 이색성 필터(92)의 표면으로부터 하방으로 반사한다. 이후에, 청색 광은, 적색 광을 따라, 밴드 통과 이색성 필터(90)의 표면으로부터 횡방향으로, 및 녹색 광과 실질적으로 동일한 방향으로 반사한다.
합해진 적색, 청색 및 녹색 광은, 합해진 광의 광학 경로를 협소하게 만드는 초점화 렌즈(94)를 통과한 다음, 광 전송 로드(72) 내로 입사되기 위한 시준하는 렌즈(96)를 통과한다.
광 전송 로드(72)는 광학 섬유 케이블(100)의 근위 말단(98)에 연결하기에 적합하도록 만든 유리 로드일 수 있다. 따라서, 광 옵틱(68)은 다수의 색상들을 조합하여 광학 섬유 케이블(100)로 이동시키기 위한 백색 광 출력(70)을 획득한다. 일부 양태에서, 광학 섬유 케이블(100)은 이의 길이를 따라 연장되는 다수의 광학 섬유를 포함한다.
도 5는 도 4에 나타낸 양태와 상이한 광 옵틱(68)의 또 다른 양태이다. 도 5에서, LED(66a-66c)는 모두 광 옵틱(68)의 광학 출력 경로에 대하여 횡방향으로 위치한다.
적색 LED(66a)는 각이 진 반사기 또는 거울(88)에 의해 횡방향으로 반사된 광을 제공한다. 적색 광은 광학 경로를 따라 이동하고 각이 진 고-통과 필터(104)를 통과한다. 녹색 LED(66b)는 고-통과 이색성 필터(104)에 의해 횡방향으로 반사되는 평행한 하방 경로에 광을 제공한다. 이색성 필터(104)는 대략 45°각도로 배향하여 적색 및 청색 광이 합해지고 본질적으로 동일한 광학 경로를 따라 이동하도록 한다.
청색 LED(66a)는 또한 광을 각이 진 고-통과 이색성 필터(106)에 의해 횡방향으로 반사되는 하방으로 광을 출력한다. 이색성 필터(106)는 적색 및 녹색 광이 청색 광과 동일한 광학 경로를 따라 이를 통과하도록 한다.
적색, 청색 및 녹색 광은 단일 광학 경로를 따라 합해져서 초점화 렌즈(94)로 이동한다. 초점화 렌즈(94)는 합해진 광을 초점화하고 광을 시준하는 렌즈(96)로 향하도록 한다. 시준하는 렌즈(96)는 광을 수취하는 로드(72) 내로 공급하기 위해 직선 방향으로 배향시킨다. 위에서 토의한 바와 같이, 수취하는 로드(72)는 광을 광학 섬유 케이블(100)의 원위 말단(98)으로 이동시킨다. 광학 섬유 케이블(100)의 근위 말단(98)은 광 전송 로드(72)를 포함하는 광원 하우징 내로 삽입된다. 이러한 로드(72)는 배향되어 이의 원위 말단이 하우징 벽을 통해 개방되어 광학 섬유 케이블(100)의 근위 말단(98)을 수취하도록 한다.
카메라로부터의 입력에 의해 조절된 광원
도 6의 블록 다이아그램은 본 발명의 또 다른 양태를 나타내며, 여기서 광원(60)은 카메라(110)로부터의 피드백 신호에 의해 조절된다. 광학 섬유 케이블(100)의 근위 말단(98)은 위에서 토의한 바와 같은 광원(60)에 연결되며, 광학 섬유 케이블의 원위 말단은 내시경(112)의 광 수취구(light receiving port)에 연결된다. 내시경은 내부에 광 경로를 가져서 이의 원위 말단(114)으로부터 바깥쪽방향으로 광 수취구에서 수용한 백색 광 출력을 투사한다. 반사된 이미지는 이후에 내시경(112)의 근위 말단에 배치된 카메라(110)의 이미지 센서(116)에 제공된다.
하기에 보다 더 상세히 기술하는 바와 같이, 카메라(110)는 색상 균형 신호(118) 및 셔터 속도 신호(120) 중의 하나 또는 둘 다를 출력한다. 색상 균형 신호(118) 및 셔터 속도 신호(120)는 조절 신호로서 광원(60)에 제공된다. 도 6에서, 카메라(110)에 의해 수취된 이미지는 또한 이미지 출력(122)으로서 제공되며 비디오 모니터(124)에 디스플레이된다.
도 7에 도시된 카메라(110)의 블록 다이아그램은 신호(118, 120)를 광원(60)에 제공하기 위한 공정의 상세한 사항을 나타낼 목적으로 제공된다. 이 다이아그램은 카메라(110)의 상세한 작동 또는 카메라의 구조적 성분을 나타내고자 하는 것이 아니다. 따라서, 도 7의 블록 다이아그램에 나타낸 각종 장치(122, 130, 134, 140)는 단일 가공자에 의해 수행된 작동으로서 제공될 수 있다.
카메라(110)는, 예를 들면, 두번째 이미지화 속도당 60개의 프레임을 갖고 각각의 프레임에 대한 셔터 속도를 조절하는 능력을 갖는 고 해상도 디지털 카메라인 것으로 의도된다.
도 7에 나타낸 이미지 센서(116)은 수술 부위로부터 이미지를 감지하며 감지된 이미지 신호(128)를 카메라(110)의 공정 장치(130, 132, 134)에 제공한다.
색상 감지 성분(130)은 이미지 신호(128)를 수신하고 이미지의 백색 균형을 결정하며, 존재하는 경우, 어떠한 색상들이, 전형적으로 백색 광인 목적하는 소정의 색상 광 출력으로부터 벗어나는 지를 결정한다. 이후에, 색상 감지 성분(130)은 결정된 색상 정보를 포함하는 색상 균형 신호(118)를 출력한다.
이미지 가공 장치(132)는 또한 이미지 신호(128)을 수신하고 이미지 출력(122)을 표준 방법으로 상부에 디스플레이하기 위한 비디오 모니터(124)로 제공한다.
광 강도 감지 장치(134)는 또한 이미지 신호(128)를 접수한다. 광 강도 감지 장치(134)는 이미지의 광도 및 이에 따라 이미지 센서(116)에 대한 필요한 셔터 속도를 결정한다. 광 강도 감지 장치(134)는 강도 피드백 신호(136)를 셔터 펄스 폭 발생기(140: pulse width generator)에 제공한다.
셔터 펄스 폭 발생기(140)는 셔터 속도 신호(120)를 이미지 센서(116)에 제공하여 이의 셔터 속도를 조절한다. 이러한 셔터 속도는, 더 많은 광이 감지될 필요가 있는 경우 시간(개방 시간 길이)에 따라 증가하며, 셔터 속도는, 밝은 광 이미지가 이미지 센서(116)에 입력되는 경우 시간에 따라 감소된다. 이러한 광도 조절 작업은 일반적으로 디지털 비디오 카메라로 제공된다.
광원
도 8의 블록 다이아그램에 도시된 광원(60)은 다음과 같이 카메라(110)(도 7에 도시됨)로부터 수신한 입력 신호(118, 120)와 상호작동한다. 카메라(110)로부터의 색상 균형 신호(118)는 광원(60)의 색상 균형 회로(148)에 의해 수신된다. 카메라로부터의 셔터 속도 신호(120)는 광원(60)의 펄스 폭 발생기(150)에 의해 수신된다. 이러한 펄스 폭 발생기(150)는 출력 신호(151)를 광원 전력 장치(152)로 제공한다. 광원 전력 장치(152)는 또한 색상 균형 회로(148)로부터의 다수의 색상 균형 출력(156a-156c)을 접수한다.
광원 전력 장치(152)는 각각의 색상 균형 출력(156a-156c)을 접수하는 개개의 전력 공급 출력 회로(160a, 160b, 160c)를 포함하며, 펄스 폭 발생기(150)로부터의 펄스 폭 발생기 출력(151)을 포함한다.
전력 공급 출력 회로(160a-160c)는 각각의 LED(66a-66c)에 연결되며, 이는 광을 도 3 내지 5에 대하여 상기한 방법으로 광 옵틱(68)에 제공한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 광 옵틱은 광 출력(70)을 광학 섬유 케이블(100)에 제공한다.
작동시, 위에서 토의한 바와 같이, 카메라(110)는 색상 균형 신호(118)를 결정하며 셔터 속도 신호(120)를 결정한다. 이러한 신호(118, 120)는 광원(60)에 제공된다.
도 3에 대하여 기술한 바와 같이, 색상 균형 신호(118)는 색상 균형 회로(148)에 의해 가공되어 색상 균형 출력(156a-156c)을 전력 공급 회로(160a-160c)로 제공하여 소정의 색상 광 출력을 생성시킨다. 색상 조절은 LED(66a-66c)에 의해 제공된 광의 개개의 색상의 강도의 임의의 필요한 변화를 설명한다.
조절
도 8에 도시된 광 옵틱(68)의 광 출력(70)은 카메라의 이미지 센서(116)의 셔터 속도에 따라 조절된다. 따라서, LED(66a-66c)는 광 출력(70)을 주기적으로 제공하도록 조절된다.
작동시, 셔터 속도 신호(120)는 광원(60)의 펄스 폭 발생기(150)에 의해 접수된다. 이러한 펄스 폭 발생기(150)는, LED(66a-66c)가 카메라(110)의 이미지 센서 작동의 각각의 프레임 동안에 광을 출력하는 시간의 양을 조절하기 위한 폭울 갖는 펄스(151)를 제공한다.
예를 들면, 카메라(10)가 더 느린 셔터 속도를 필요로 하는 경우, 광은 장시간 동안 LED(66a-66c)에 광원 전력 장치(152)에 의해 출력되어야 한다. 따라서, 피드백 배열을 균형시켜 광원의 광 출력(70)이 이미지 센서(116)를 소정의 셔터 속도에서 또는 소정의 목적하는 범위의 셔터 속도 내에서 작동할 수 있도록 한다. LED(66a-66c)는 카메라 셔터 속도와 일치되게 펄스화하여 적은 전력을 사용하여 적절한 광 출력(70)을 제공하여야 한다.
일부 양태에서, 소정의 범위의 셔터 속도를 선택하여 광원(60)으로부터의 광 출력(70)의 시간 또는 강도를 최소화한다. 카메라(110)에 대한 목적하는 이미지 출력(122)을 유지시키면서 광 출력(70)에 대한 시간 길이를 최소화하면, 이를 통한 광원(60)으로부터의 광의 통과에 의해 내시경(112)의 원위 말단(114)에서 발생된 열을 감소시킨다. 추가로, 광 출력(70)의 강도를 최소화시키는 것은 또한 내시경(112)의 원위 말단(114)에서 광에 의해 발생된 열의 양을 감소시킨다. 따라서, 피드백 조절을 갖는 이러한 배열에서, 이미지 센서(116)는 바람직하게는 가장 빠른 허용되는 셔터 속도에서 작동하여 이미지 센서(116)에 제공된 광의 강도 및/또는 조절 기간을 감소시킨다.
일부 양태에서, 소정의 펄스 폭를 갖는 셔터 속도 신호(120)만을 광원(60)에 제공하여 광 출력(70)을 조절한다.
일부 양태에서, 색상 균형 신호(118)만을 각각의 LED(66a-66c)로부터 광 출력을 조절하기 위한 광원(60)에 제공한다. 최종적으로, 또 다른 양태(나타내지 않음)에서, 광 강도 피드백 신호(136)를 광원(60)에 제공하여 이로부터 방출된 광의 강도만을 조절한다.
일부 양태에서, 시스템은 수술 부위에서 이미지 센서(116)로부터 기관 또는 조직의 표적 거리에 대해 보정한다. 예를 들면, 이미지 센서(116)로부터의 표적의 거리가 커질수록, 최적 시야를 제공하기 위한 광 출력(70)에 대한 강도가 더 커진다.
대안
도 3 내지 8의 양태들이 적색 LED(66a), 녹색 LED(66b) 및 청색 LED(66c)로 정의된 3개의 LED로서의 LED를 나타내지만, 기타 양태들이 고려된다. 먼저, 개개의 LED 보다는, 각각의 LED가 LED의 어레이 또는 기타 고체 상태 장치로 정의될 수 있다.
기타 양태들은 청록색(cyan), 진분홍색(magenta) 및 호박색 LED를 포함할 수 있다. 더구나, 적색, 녹색, 청색, 청록색, 진분홍색 및 호박색 LED 중의 하나 이상의 어떠한 조합도 고려된다. 일부 양태에서, 광 출력은 백색 LED 또는, 백색 LED와 적색 LED의 조합에 의해 발생될 수 있다. 최종적으로, 여전히 또 다른 양태에서, 백색 광 출력(70)은 녹색 인으로 피복된 청색 LED에 의해 발생된다.
일부 양태에서, 광원(60)의 광 전송 로드(72)는, 또한 직사각형 형태를 갖는, 광학 섬유 케이블(100)의 근위 말단(98)에 커플링하기 위한 직사각형 형태를 갖는다. 이러한 배열은 광 전송 로드(72)와 광학 섬유 케이블(100) 사이에 더 효율적인 광 투과 경로를 제공하는데, 그 이유는 광원(60)의 LED 기하형태가 직사각형이기 때문이다.
자동 광원 차단
본 발명의 도 9의 양태는, 광학 섬유 케이블(100)의 원위 말단이 내시경(112)의 포트(port)로부터 분리되는 경우 검출하기 위한 배열을 포함한다. 광학 섬유 케이블(100)의 원위 말단이 분리되는 경우, 광원(60)은 자동적으로 차단되어 광원(60)에 의한 광 및 열 에너지 출력의 양을 최소화하며, 이에 따라 광학 섬유 케이블(100)을 따라 및 내시경(112)을 통해 이의 원위 말단(114)으로 제공된 광/열의 양을 최소화한다. 내시경(112)의 원위 말단(114)은 과열될 수 있는 금속 구조물 또는 성분을 가질 수 있다.
도 9에 도시된 광원(60)은, 광학 섬유 케이블(100)의 원위 말단이 내시경(112)으로부터 분리되는 경우 결정하기 위한 광학 섬유 케이블 분리 검출 장치(170)를 포함한다. 이러한 광학 섬유 케이블 분리 검출 장치(170)는 레이저 출력 다이오드(174) 및 광다이오드 센서(176)를 포함한다. 레이저 드라이버 및 타이밍 회로(178)는 레이저 다이오드(174)에 레이저 다이오드 구동 출력(180)을 주기적으로 제공한다. 레이저 펄스 또는 신호가 레이저 다이오드(174)에 의해 출력된 후에, 레이저 펄스는 이색성 필터(179)에 의해 반사되고 초점화 렌즈(94) 및 시준하는 렌즈(96)를 통해 광학 섬유 케이블(100)로 통과시킨다. 레이저 광은 광학 섬유 케이블(100)을 따라 이의 원위 말단으로 통과시킨다. 광학 섬유 케이블(100)의 원위 말단이 내시경(112)에 연결되지 않는 경우, 레이저 펄스는 개방 원위 말단에서 반사되며 광학 섬유 케이블(100), 렌즈(94, 96)를 통해 이동하며, 이색성 필터(179)를 반사시킨다.
레이저 펄스는 이후에 광다이오드 센서(176)에 의해 검출되는 데, 이는 레이저 드라이버 및 타이밍 회로(178)에 레이저 펄스 반사 신호(182)를 제공한다. 레이저 드라이버 및 타이밍 회로(178)는 레이저 펄스가 검출 장치(170)로 되돌아가는 시간의 길이를 결정한 다음, 조절기(188)에 타이밍 출력 값(186)을 제공한다.
조절기(188)는 광학 섬유 케이블(100)의 물리적 길이로 프로그래밍되고 타이밍 출력 값(186)의 시간 길이를 광학 섬유 케이블(100)에 대하여 공지된 길이에 상응하는 시간 값 범위와 비교한다. 상기 시간 길이 신호 값이 기대된 반사 시간에 대한 소정의 범위 내에 있는 경우, 조절기(188)는 전력 공급(62)에 대하여 분리 또는 전력 차단 신호(190)를 출력하는 데, 이는 전력 공급을 차단하여 LED(66)에 아무런 전력 출력(64)도 제공하지 않도록 한다. 따라서, 내시경(100)으로부터 광학 섬유 케이블(100)을 분리시키는 경우, 광 및 열은 광원(60)에 의해 더 이상 출력되지 않거나 내시경으로 전달되지 않는다.
본 발명의 특정의 바람직한 양태들을 설명할 목적으로 상세히 기재하였지만, 부품들의 재배열을 포함하여, 기재된 장치의 변형 또는 수정이 본 발명의 영역 내에 있다는 것을 인지할 것이다.
본 발명은 최소 전압 또는 전력 수준에서 작동하는 광원의 다수의 고체 상태 광원을 가지면서 필요한 양의 광을 제공하는 장치를 제공한다. 본 발명은 또한 내시경을 통해 수술 부위에 가해진 광의 색상을 감지하는 것이다. 감지된 색상 값(color value)에 따라, 개개의 발광 다이오드 또는 다이오드 어레이에 대한 전력을 조절하여 광의 색상들의 균형을 맞춰서 백색 광을 생성시킨다. 이러한 방식으로, 광원으로부터 반사광을 수취하는 카메라에서의 백색 균형은 색상 균형 피드백을 갖지 않는 광원과 비교하여 필요하지 않다. 또한, 본 발명은 광학 섬유 케이블의 원위 말단이 내시경으로부터 분리되는 경우 광원에 대한 전력 공급을 자동적으로 중단한다.
도 1은 공지된 내시경 시스템의 도면이다.
도 2는 도 1의 내시경 시스템에 대한 광학 시스템이다.
도 3은 본 발명의 제1 광원 양태의 블록 다이아그램이다.
도 4는 광원의 하나의 양태를 위한 광 옵틱(light optic)이다.
도 5는 광원의 또 다른 양태의 광 옵틱이다.
도 6은 내시경 카메라와 조합하여 광원을 포함하는 또 다른 양태의 블록 다이아그램이다.
도 7은 도 6에서의 광원의 블록 다이아그램이다.
도 8은 도 6에서의 내시경 카메라의 블록 다이아그램이다.
도 9는 케이블이 내시경에 연결되는지 여부를 결정하기 위한 광학 섬유 케이블 존재 센서를 갖는 광원의 블록 다이아그램이다.
도 2는 도 1의 내시경 시스템에 대한 광학 시스템이다.
도 3은 본 발명의 제1 광원 양태의 블록 다이아그램이다.
도 4는 광원의 하나의 양태를 위한 광 옵틱(light optic)이다.
도 5는 광원의 또 다른 양태의 광 옵틱이다.
도 6은 내시경 카메라와 조합하여 광원을 포함하는 또 다른 양태의 블록 다이아그램이다.
도 7은 도 6에서의 광원의 블록 다이아그램이다.
도 8은 도 6에서의 내시경 카메라의 블록 다이아그램이다.
도 9는 케이블이 내시경에 연결되는지 여부를 결정하기 위한 광학 섬유 케이블 존재 센서를 갖는 광원의 블록 다이아그램이다.
Claims (17)
- 작업 영역을 조명하기 위한 원위 말단에서 광을 출력할 수 있는 내시경에 광을 제공하기 위한 외부 내시경 광원 시스템으로서,
하우징(housing);
하우징 내에 배치된 다수의 LED;
LED로부터 광을 수취하기 위한 하우징 내에 배치된 다수의 이색성 필터 성분;
이색성 필터 성분으로부터 광을 수취하기 위한 하우징 내에 배치된 광 시준하는 및 혼합 장치;
광 시준하는 및 혼합 장치에 광학 섬유 광 케이블(fiber optic light cable)을 연결시키기 위한 계면;
광을 광 시준하는 및 혼합 장치로부터 수취하고, 광학 섬유 광 케이블과 함께 광로를 생성하는 광 전송 로드;
광 경로에서 조명으로부터 색상 값을 감지하기 위한 색상 센서; 및
색상 센서로부터 색상 값을 수취하고 이 색상 값을 소정의 색상 값과 비교하기 위한 하우징 내에 배치된 조절기를 포함하며,
상기 광학 섬유 광 케이블은 다수의 광학 섬유를 포함하고, 상기 광학 섬유 중 하나의 원위 말단이 광을 상기 색상 센서에 제공하며, 다른 상기 광학 섬유가 광을 내시경에 제공하며,
상기 조절기는, 다수의 LED들 중의 하나 이상에 의해 출력된 광 강도를 조절하기 위해 전력 신호를 변화시킬 수 있어서, 색상 센서에 의해 감지된 색상 값이 소정의 색상 광 출력에 상응하도록 하는, 외부 내시경 광원 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 LED가 적색, 녹색 및 청색 LED 중의 각각의 하나 이상을 포함하는 외부 내시경 광원 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 LED가 적색, 녹색, 청색, 청록색, 진분홍색 및 호박색 LED로부터의 2개 이상의 색상을 포함하는 외부 내시경 광원 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 LED가 백색 LED와 적색 LED의 조합물을 포함하는 외부 내시경 광원 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 색상 센서가 계면 내에 위치하는 외부 내시경 광원 시스템. - 제1항에 있어서,
광을 LED로부터 계면의 근위 말단을 향해 반사시키기 위한 이색성 피복물을 포함하는 외부 내시경 광원 시스템. - 삭제
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