KR20170087860A - 단일 사용, 포트 전개 가능한 관절형 내시경 - Google Patents

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KR20170087860A
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Abstract

다단계 전개 및 관절 내시경은 내시경이 최소 침습성이며 공통 포트의 다른 장치와 함께 사용할 수 있는 얇은 막대가 되도록 충분히 작은 튜빙 및 플랫 케이블로 설계된다. 상기 내시경은 전기 연결에 사용되며 조정 가능한 텐션 스프링을 사용하여 수동으로 상기 내시경을 열거나 제1 케이블을 당기고 제2 케이블을 당겨 내시경을 닫음으로써 관절 및 전개 힌지 위아래에 나사산이 형성된 매우 얇은 플랫 케이블을 포함하고, 튜브형 구성 일 때 내시경이 포트에 삽입될 수 있고 포트 내부의 주입막이 내시경과 공기 밀봉을 형성하여 주입 및 탈피를 돕는다.
상기 내시경은 카메라 위의 공기 분사 스트림을 생성하여 카메라를 깨끗하게 유지하기위한 쉴드 역할을 하는 하나 이상의 튜브를 포함한다.

Description

단일 사용, 포트 전개 가능한 관절형 내시경{ SINGLE-USE, PORT DEPLOYABLE ARTICULATING ENDOSCOPE}
본 명세서는 일반적으로, 예를 들어, 최소 침습 수술(MIS) 절차, 일반 또는 진단 의료 또는 산업 절차에 사용될 수 있는 일회용 내시경에 관한 것이다. 일부 실시 예에서, 본 명세서는 내시경 포트를 통한 삽입 후에 전개되는 완전히 디지털 내시경에 관한 것으로, 이 내시경 포트는 또한 예를 들어 0도 및 최대 90도 이상의 각도 범위 기능을 제공하기 위해 다양한 각도로 관절화될 수 있다. 예를 들어, 내시경 본체는 전개된 후 포트 내부 공간의 극히 일부분만을 차지할 수 있으므로, 다른 장치가 동일한 포트 내에서 동시에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 일부 실시 예는, 포트의 인접 단부에서 측부로 유연하게 구부러지고 연장되는 매우 작은 프로파일을 포함할 수 있는 전개 가능한 및/또는 관절형 내시경을 포함할 수 있어, 다른 장치가 같은 포트 또는 포트 부근의 다른 포트를 통해 삽입될 때, 사용자가 알기 쉽다. 또한, 일부 실시 예는 내시경의 카메라 위에 쉴드(shield)를 생성하는 에어 제트(air jet)를 제공하기 위해 전개 가능한 관절형 내시경의 몸체 내에 매우 작은 튜브를 포함할 수 있다.
내시경 검사는 진단 및 수술 절차에 사용된다. 현재, 개방 수술 절차와는 달리 MIS 절차는 거의 모든 병원에서 일상적으로 수행된다. MIS 기법은 큰 절개를 할 필요가 없으므로 환자의 외상을 최소화한다. 이는 감염의 위험을 줄이고 환자의 입원을 감소시킨다. MIS의 내시경 절차는 외과 의사에게 수술 부위의 내부 모습을 제공하는 이미징 수단으로 다양한 유형의 내시경을 사용한다. 전문화된 내시경은 어디를 볼 것인지에 따라 명명된다. 예를 들어, 방광경(방광), 신장경(신장), 기관지경(기관지), 후두경(후두 + 후두), 검이경(귀), 관절경(관절), 복강경(복부), 위장관 내시경 및 복강경 또는 내시경 심장 수술용 특수 스테레오 내시경이 있다.
내시경은, 예를 들어, 작은 수술 절개를 통해 가슴 또는 복강 내의 관절 또는 기관에 삽입될 수 있다. 대개, 내시경은 코, 입, 항문, 방광 또는 질과 같은 자연 체공(body orifice)으로 삽입된다. 내시경에는 강성(rigid), 반강성(semi-rigid), 가요성(flexible)의 세 가지 기본 유형이 있다. 강성 내시경은 다양한 직경, 길이 및 0, 30 또는 70도 내시경과 같이 다양한 각도로 제공되고, 절차의 요구 사항에 따라 사용된다. 일반적인 내시경 절차에는 많은 양의 장비가 필요하다. 내시경 수술의 시각적 부분과 함께 사용되는 주요 장비는 내시경 본체, 광섬유 조명 번들, 조명 광원, 광원 컨트롤러, 이미징 카메라, 카메라 제어 모듈 및 비디오 디스플레이 장치가 있다.
내시경 수술에서는 가능한 절개의 크기뿐만 아니라 절개의 수를 줄이는 것이 유리할 수 있다. 일반적으로 일단 신체 내부로의 접근이 이루어지면 포트, 캐뉼러(cannula) 또는 카테터(catheter)의 전체 개구부를 취하는 대구경 내시경과 함께 사용될 별도의 포트가 필요하다. 공간은 포트의 인 접단부에서 매우 제한적이며, 종종 외과 의사가 사용하는 다른 장치를 물리적으로 방해하는 보조 기구와 함께 지지되고 제 위치에 고정된, 특히 여러 포트들이 서로 가깝거나 단일 포트 절차인 경우, 인접 카메라가 있는 도구와 내시경은 부피가 크고 무겁다.
수술 절차 중, 스코프(scope)는 장기 또는 수술 부위를 보거나, 또는 장기 뒤를 보기 위하여 다른 각도로 교환될 필요가 있을 수 있다.
내시경 절차에서 발생하는 또 다른 공통적인 문제는, 내시경이 신체에 삽입되기 때문에 내시경에 의해 영상화되는 캐비티(cavity)가 작아서 보기가 어렵다는 것이다. 더 나은 이미지를 얻기 위한 한 가지 방법은 영상으로 찍히는 영역의 부피를 증가시키기 위해 가스를 캐비티에 불어넣는 것이다. 가스 주입(insufflate)은 포트 개구부와 사용된 내시경 장치 사이의 부적절한 씰(seal) 때문에 문제가 될 수 있다. 또한, 작은 공간은 내시경과 너무 많이 접촉하여 내시경이 혈액 및 액체로 번져서 내시경 카메라가 캐비티의 이미지를 캡쳐하는 시야를 흐리게 한다. 이러한 경우에는 절차를 중단하고, 내시경을 꺼내 깨끗하게 닦고, 포트에 다시 넣어 절차를 재개한다.
이러한 제한 및 다른 제한은 최소 침습 수술 절차 및 / 또는 진단 절차에 사용될 수 있는 일회용 내시경, 2D 또는 3D 내시경 비전 시스템과 관련된 본 발명의 실시 예에 의해 극복 될 수 있다.
일부 실시 예에 따르면, 다중 관절(multi-jointed) 내시경 본체는, 예를 들어, 외과용 포트 또는 캐뉼러(cannula) 내부에 위치될 적어도 하나의 섹션에서 매우 작고 편평한 또는 얇은 크레센트형(crescent shaped)의 몸체로 축소될 수 있으며, 전기 연결 수단 및 / 또는 관절 및 전개용 액추에이터로 사용되는 매우 얇은 플랫 케이블만을 포함한다. 일부 실시 예에서, 내시경의 몸체는, 종래의 내시경의 원통형 몸체보다 단단하게(rigid) 만들 수 있고, 가단성(malleable) 또는 가요성(flexible)일 수 있다. 일부 실시 예에서, 내시경 본체는 얇을 수 있다.
일부 실시 예에서, 다중 관절 내시경 본체의 말단부에서의 2D 또는 3D 내시경 비전 시스템은 조명 및 비전 모듈이 연장된 말단 섹션의 긴 측면을 향하게 될 수 있도록 배치될 수 있다. 이 레이아웃은 다중 광원(LEDs, 표면 방출 수직 공동 레이저(surface emitting vertical cavity lasers) 또는 다양한 색상의 VCSEL), 더 높은 해상도의 단일 또는 다중 디지털 센서, 더 큰 수치의 개구수(Numerical Aperture)및 FOV 렌즈 시스템이 내시경의 더 작은 프로파일 (단면)에 맞도록 더 많은 공간을 허용할 수 있다. 따라서 더 작은 직경의 포트를 통해 더 높은 성능의 2D-3D 비전 시스템을 삽입할 수 있다. 전개 후, 예를 들어, 포트 내부의 최소한의 공간 만 내시경에 의해 점유되고, 내시경의 2차 섹션은 포트 영역 내에 남아있게 된다.
일부 실시 예에서, 내시경 본체는 다른 내시경 장치 및 도구의 삽입을 위해 포트 내부의 공간을 자유롭게 할 뿐만 아니라, 인접 단부에서 사용자에게 거의 투명하여, 매우 유연하고 얇은 케이블을 통해 제어 전자 장치 및 디스플레이에 연결되는 포트 측면에 라우팅될 수 있는 가요성(flexible) 본체로 매우 적은 공간을 차지할 수도 있다. 다중 본체 내시경은, 예를 들어, 여러 방향의 동일한 포트를 통해 삽입될 수 있고, 여기서 내부의 다중축(multi-axis) 및 확장된 뷰를 제공 할 수 있다. 일부 실시 예에서, 다수의 내시경의 이미지는 확장된 FOV를 제공하기 위해 전자적으로 스티칭될 수 있거나 또는 개별 내시경이 동일하거나 다양한 사용자에 의해 개별적으로 보여 질 수 있다.
일부 실시 예에서, 내시경은 카메라를 깨끗하게 유지하기 위한 쉴드로서 작용하도록 카메라 상단에 공기 분사 스트림을 생성하기 위한 하나 이상의 튜브를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 제 1 케이블을 당겨 내시경을 개방하고 제 2 케이블을 당겨 내시경을 폐쇄하도록 관절 및 전개 힌지의 상부 및 하부에 나사산이 형성된 케이블을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 스프링 텐션 하에 있는 단일의 얇은 플랫 케이블은 말단 관절부로 라우팅될 수 있으며, 전개 및 관절을 위해 단독으로 사용될 수 있다. 일부 실시 예에서, 내시경은 동일한 포트에 삽입되는 2차 장치로 사용가능하고 최소 침습성인 얇은 스틱이되도록 충분히 작은 관형 및 플랫 케이블로 설계될 수 있다. 일부 실시 예에서, 내시경의 2차 섹션은 포트의 벽 내부로 라우팅되거나, 또는 포트에 삽입 된 후에 포트의 벽상의 홈 또는 슬롯의 내부에 배치될 수 있다. 본 발명의 일부 실시 예에서, 내시경의 2차 섹션은 가변 길이의 얇은 카테터를 통해 삽입될 수 있도록 가단성 또는 가요성으로 제조될 수 있다. 일부 실시 예에서, 2차 섹션은 얇은 몸체를 갖는다.
일부 실시 예에서, 내시경은, 내시경의 가이드 역할을 하며 포트 내에서 주입막(insufflation membrane)을 개방 및 유지하는 반강성 또는 강성 삽입 튜브를 통해 내시경이 포트 내로 삽입 될 수 있도록 직선형 관형 구성을 포함할 수 있다. 포트 주입막(insufflation membrane)은, 예를 들어, 삽입 튜브가 포트로부터 인접단부로 미끄러질때, 말단부가 개방된 스코프(scope) 본체 상에 기밀의 가요성 관형 멤브레인을 노출시켜 밀봉할 수 있다. 말단부를 향한 가요성 관형 멤브레인 개구는, 예를 들어, 몸체의 내부로부터의 흡입 공기(insufflation air)로 채워질 수 있어, 포트 내부의 스커트(skirt)와 같이 멤브레인을 팽창 시키고, 상기 포트 주입막(insufflation membrane)은 내시경과 함께 기밀 밀봉(air tight seal)을 형성할 수 있다.
일부 실시 예에서, 2차 장치는 동일한 포트 내로 삽입될 수 있고, 상기 내시경의 작은 몸체 및 공기 충진된 가요성 관형 막은 2차 내시경 장치에 의해 포트의 측면으로 밀릴 수 있으며, 내시경 및 공기 충진된 멤브레인은 2차 도구와 함께 주입막 및 포트 매커니즘 또한 가지는 기밀 밀봉을 형성한다.
일단 내시경이 포트의 말단부에 위치되면, 일부 실시 예에서, 내시경은 플랫 케이블을 조작함으로써 필요에 따라 전개되고 관절화될 수 있다. 일부 실시 예에서, 내시경은 0 ° 내지 90 ° 내시경으로서 작용할 수 있다. 일부 실시 예에서, 내시경에 삽입된 다른 장치가 없다면, 상기 내시경은 반대 방향 (0도 에서 180도 내시경), 즉 상기 포트가 포트 자체를 향해 후방으로 보일 수 있거나 또는 절개 부위 자체의 해부학적 벽, 또는 적절한 관절이 있는 장기 뒤, 으로 더 관절화될 수 있다.
일부 실시 예에서, 플랫 케이블 상에서 특별한 전기 쉴드가 사용되지 않는 비디오 신호 무결성에 대한 간섭없이, 디지털 제어 전자 장치를 갖는 디지털 센서로 작동하도록 소형 플랫 케이블이 제조될 수 있다. 상기 디지털 카메라 센서의 직렬MIPI(mobile industry processor interface)출력이 사용될 수 있으며, 지원 전자 장치는 상기 디지털 센서의 근접에 있고 동일한 플렉스 회로 상의 내시경 말단부 전자 장치, 및 상기 내시경 플랫 케이블의 인접 단부의 제어 전자 보드 사이에서 분리된다.
일부 실시 예에서, 동일하거나 유사한 플랫 케이블이 내시경 말단 팁의 전개 및 관절에 사용될 수 있으며, 액추에이션 케이블은, 내시경 본체에 수납된 얇은 벽의 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 관(들)과 같이 낮은 마찰로 슬라이딩 튜브 내부로 라우팅된다.
일부 실시 예에서, 내시경 본체는 다중 관절의 매우 얇은 스테인레스 판금 (다중 관절 내시경의 골격으로서 작용함)으로 제조될 수 있는데, 여기서 다양한 위치에서의 작은 스테인리스 스틸 핀은 상기 판금의 적절한 메이팅 홀(mating hole)에 용접될 수 있다. 예를 들어, 이 핀들은 내시경의 구부러진 판금 뼈대를 함께 잡고 다중 내시경 섹션에서 유연하게 모양을 유지하는 데 도움을 줄 수 있다. 이 핀들은 내시경의 다양한 판금 부분 사이에서 기능하는 피벗(pivot) 및 밴딩 조인트(bending joint) 역할을 하거나, 다중 관절 내시경 본체를 통해 전기, 전개 및 관절 플랫 케이블의 가이드 역할을 수행할 수도 있다. 다중 관절 내시경의 말단 섹션에서, 예를 들어, 이들 핀은 내시경의 플라스틱 몸체를 위한 잠금 래치로서 사용될 수 있거나, 전자 장치 및 전개 플랫 케이블의 포지셔닝(positioning) 및 잠금을 위해, 인접 섹션에서 인접 전개 및 전기 하우징 내부에 사용될 수 있다.
일부 실시 예에서, 말단부쪽으로 개방되는 얇은 관형 가요성 멤브레인은, 내시경의 몸체 부분의 인접 단부에 기밀 밀봉(air-tight seal)으로 영구적으로 장착될 수 있으며, 사용하는 동안 포트 주입막이 위치되는 포트 내에 용이하게 위치될 수 있다. 예를 들어, 공기 주입에 의한 팽창시 얇은 가요성 멤브레인은 포트 주입막 내부에 기밀 밀봉을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 얇은 가요성 멤브레인 위치는 다양한 크기의 다양한 포트를 수용할 수 있도록 선택될 수 있으며, 다수의 주입막이 있는 포트를 수용하기에 충분히 길 수 있다.
일부 실시 예에서, 다중 관절 내시경에는, 내시경의 인접 섹션에 저장될 수 있는 강성 또는 반강성 삽입 튜브가 장착될 수 있으며, 예를 들어, 상기 포트 주입막을 개방하는 것을 돕고, 삽입 가이드로서, 포트에 삽입하는 동안 상기 가요성 관형 막을 보호하도록, 인접 측면(내시경의 인접 연결부을 풀어서)으로부터 가요성 관형 멤브레인 위로 미끄러진다. 일단 내시경이 포트 내부에 위치하면, 강성 또는 반강성 튜브의 인접 단부에 있는 삽입 튜브 플러그에 의해 정의되고, 포트 주입막이 포트의 가요성 관형 멤브레인(들) 위에 안전하게 배치될 때(여전히 단단한 삽입 튜브에 의해 보호됨), 강성 삽입 튜브는 내시경 몸체를 넘어서 그 인접 휴지 위치로 다시 제거되는 반면, 포트 주입막은 이제 유연한 내시경 막을 가압할 수 있게 되고, 포트의 효과적인 밀봉을 유지하기 위해 몸 안쪽에서 주입 공기에 의해 말단부 개구로부터 팽창된다.
일부 실시 예에서, 하나 이상의 다중 관절의 얇은 본체 내시경은, 내시경 영상(아마도 USB 허브를 통해)의 디스플레이를 위한 제어 유닛에 외부적으로 플러그될 수 있으며, 상기 제어 유닛은 내시경(들)의 카메라 및 광원에 전력을 제공하고, 조명 및 비전 시스템 및 내시경과 함께 배치될 수 있는 USB 케이블을 통해 비쥬얼 데이터를 제어하고 표시한다. 내시경 데이터 표시를 위한 제어 유닛은, 기성품 컴퓨팅 유닛, 태블릿, 스마트 폰 또는 유사한 장치일 수 있으며, 상기 제어 및 디스플레이 유닛은 내시경에 전원을 공급하고 USB 장치로서 제어한다. 3D 뷰잉 기능을 갖는 제어 및 디스플레이 유닛은, 예를 들어, 내시경의 동일한 말단 섹션 상의 조명 LED에 의해 배치되고 바람직하게는 분리된 이중 카메라를 갖는 단일 다중 관절 몸체 내시경과 함께 사용될 수 있으며, 여기서 스테레오 카메라의 스테레오 분리(눈 사이 거리를 모방한3D 축간 거리)는 내시경의 일반적인 작동 거리에 기초하여 신체의 편리한 입체 시청을 제공하도록 조정될 수 있다.
일부 실시 예에서, 전개 및 관절 플랫 케이블 중 하나 이상은 말단 팁에서 제 위치에 고정될 수 있으며, 차례로 내시경 하우징의 인접 섹션에서 장력을 받는 고정된 스프링 기구로부터 장력을 받을 수 있다. 예를 들어, 내시경의 말단 섹션이 원하는 소정 위치(내시경 본체로부터 약 90도)에 있는 동안, 스프링의 장력이 초기 설정될 수 있다. 그 다음, 사용자는 말단 관절에서 내시경의 말단 섹션을 펼 수 있고(이제는 내시경 본체의 나머지 부분을 따라 위치함), 본체 내부에 접근하기 위해, 가요성 멤브레인 위에 단단한 가이드 튜브가 있는 상태에서 포트의 주입막을 통해 내시경을 삽입할 수 있다. 이러한 말단 섹션의 직선화는 전개 케이블을 인접 단부에 홀딩하는 스프링에 더 텐션을 가할 수 있으므로, 힌지된 말단 섹션이 포트의 말단부에 도달하고 자유롭게 구부러질 때, 스프링 장력에 의해 원래 설정된 휨 각도(bend angle)로 수동적으로 돌아가며, 이에 의해 상기 말단 섹션을 직선화시키위해 사용자에 의해 가해진 여분의 텐션을 해제한다. 선택적으로 또는 내시경의 각 밴드(angular bend)에 추가하여, 말탄 팁은 장력(텐션 스프링을 압축 또는 확장)을 추가로 조정함으로써, 인접 단부에서 스프링 메카니즘의 간단한 조작으로 관절화되거나 미세하게 위치될 수 있다.
일부 실시 예에서, 전기 신호를 운반하고 및 / 또는 전개 및 관절 연결 케이블로서 사용되는 플랫 케이블은, 내시경의 2차 섹션 내의 작고 얇은 벽의 가요성 관형 본체를 통해 라우팅될 수 있으며, 여기서 상기 내시경은 자연 개구(natural orifice)를 통해 가요성 내시경으로 사용되거나 카테터를 통해 가이드될 수 있다. 상기 플랫 케이블은 한 방향으로 유연성을 갖는 가요성 관형 본체를 통해 곧게 라우팅될 수 있거나 내시경 본체의 완전한 유연성을 허용하도록 가요성 중공 관형 본체의 벽 주위를 나선형으로 감싼다. 일부 실시 예에서, 상기 내시경의 2차 섹션은 얇을 수 있다.
일부 실시 예에서, 플랫 케이블을 수용하는 내시경의 전개 가능한 관절형 말단 섹션 및 / 또는 2차 섹션은, 다중 관절의 단단한 섹션으로 이루어질 수 있고, 각 관절은 내시경의 최대 유연성 및 벤딩 각도 제어를 허용하기 위해 벤딩 및 관절에 (함께 또는 별도로) 참여할 수 있다.
일부 실시 예에서, 다수의 전개 가능한 관절형 내시경은, 포트 또는 액세스 장치에서 형성된 구조적 결합 특징부를 통해, 또는 다수의 서로 전개 가능한 관절 내시경의 방향 및 상대적인 위치를 안내하고 유지하는 다른 장치의 삽입에 의해, 정의되거나 유지될 수 있는 다양한 방향으로 동일한 포트에서 사용될 수 있다.
이 요약은 아래의 상세한 설명에서 더 자세히 설명되는 단순화된 형태의 개념을 소개하기 위해 제공된다. 제공되는 실시 예는 본 개시 내용을 제한하는 것이 아니라 그 이해를 돕기 위한 시나리오를 제공한다. 이 요약은 청구된 주제의 주요 특징이나 필수 기능을 식별하기 위한 것이 아니며 청구된 주제의 범위를 결정하는 데 사용되기 위한 것이 아니다.
본 발명의 상기 특징을 더욱 명확하게 하기 위해 첨부된 도면에 도시된 특정 실시 예를 참조하여 본 발명의 보다 구체적인 설명이 제공될 것이다. 이들 도면은 본 발명의 전형적인 실시 예를 도시한 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 본 발명은 첨부된 도면을 이용하여 추가적인 특이성 및 세부 사항으로 기술되고 설명될 것이다:
도 1은, 말단 섹션, 흡입 공기 트랩(insufflation air trap)으로서의 얇은 관형 멤브레인을 포함하는 중간 섹션, 인접 섹션에서의 기계적 관절 제어 및 디스플레이 및 제어를 위한 USB 인터페이스를 갖는 다중 관절의 단일 사용 포트 전개 가능한 관절형 내시경을 도시한다 ;
도 2는, 내시경이 관절에서 약 90도 각도로 구부러지고 (전개), 전방 0도 내시경으로서 사용되는 말단 섹션에서의 내시경의 예시적인 측면도를 도시한다;
도 3a 및 도 3b는, 전기-광학 조명 광원 및 디지털 카메라 모듈을 포함하는 가능한 말단 섹션 구조의 예를 도시하며, 플라스틱 부품 홀더(도 3a)에는, 판금 몸체의 말단부에 래치 및 잠금 매커니즘을 갖는(도 3b), LED 조명기 및 카메라 모듈이 위치한다;
도 4는 듀얼 카메라 헤드를 갖는 스테레오 내시경을 도시한다;
도 5는 전개 및 관절형 플랫 케이블을 소정 위치에 홀딩하는 텐션 스프링을 갖는 인접 박스의 내부 단면을 도시한다;
도 5 및 6은, 포트에 삽입하기 위한 준비로 얇은 관형 주입막(insufflation membrane) 위의 삽입 튜브의 위치를 도시한다;
도 7은, 포트를 통해 삽입하는 동안 튜브 형상으로 만들어진 말단 관절 근처의 내시경의 예시적인 사시도를 도시한다. 여기서, 상기 내시경의 말단 헤드 섹션은, 상기 내시경 본체에 근접한 작동 케이블을 당겨, 상기 내시경의 상기 인접 섹션에서 상기 작동 케이블을 홀딩하는 텐션 스프링에 추가 장력을 가하여 관절에서 상기 포트에 삽입된 상태로 내시경의 중간 섹션에 대하여 펴진다;
도 8은, 상기 내시경의 말단부에서, 내시경 말단 팁 섹션을 수동적으로 전개 위치(약 90도)로 구부려서, 액추에이션 케이블이 초기 장력 설정으로 되돌아가는, 포트의 말단 팁에서 말단 섹션의 전개를 도시한다. 또한, 도 8은, 상기 내시경의 얇은 관형 멤브레인이 흡입 공기에 의해 팽창하여, 포트의 주입막 개구를 효과적으로 막는, 인접 섹션 휴지 위치로 다시 이동된 강성 삽입 튜브를 도시한다.
도 9는 카메라의 카메라 광학 장치 위에 및 위로 에어 제트(air jet)를 형성하기 위한 튜빙(tubing) 및 에어 제트 출구(air-jet outlets)를 도시하는 내시경 시스템의 예시적인 측면도를 도시한다. 또한, 도 9는 내시경 중간 섹션을 포트 내벽의 측으로 이동시켜 내시경과 동일한 포트 공간을 공유하는, 포트에 삽입된 독립적인 2차 도구를 도시한다.
도 10a는 다른 강성 튜브형 장치의 몸체에 통합된 내시경의 얇은 중간 섹션을 도시하고, 도 10b는 더 길게 만들어지고, 가요성이고, 부분적으로 가요성이거나, 관절형 관형 장치의 몸체에 통합된 내시경의 얇은 중간 섹션을 도시한다.
도 11은 중공의 강성 포트(hollow rigid port) 또는가요성 중공 포트(flexible hollow port) 또는 카테터의 벽에 통합된 내시경의 얇은 중간 섹션을 도시한다.
도 12는 단일 액세스 포트의 말단 팁에 전개된, 4 개의 다중 관절의 전개가능한 관절형 내시경을 도시한다.
본 발명의 예시적인 실시 예는 다중 관절 내시경의 말단 섹션에 다중 관절 하우징, 카메라, 광원 및 전기 접속을 위한 매우 얇은 플랫 케이블을 포함하는 전개 가능한 및 / 또는 관절형 내시경, 및 내시경의2차 섹션을 통해 라우팅되거나 또는 다른 도구 또는 수술 포트의 외부 몸체에 통합되는 전개 및 관절형 내시경에 관한 것이다.
도 1은 말단 섹션(101), 중간 섹션(103) 및 인접 섹션(105)을 포함할 수 있는 2차 섹션을 갖는 다관절 내시경(100)의 예시적인 측면도를 도시한다. 일부 실시 예에서, 2차 섹션은 말단 연결부(또는 관절)(102)를 통해 말단 섹션(101)과 결합되고; 중간 섹션(103) 및 인접 섹션(105)은 인접 연결부(104)을 통해 함께 결합될 수 있다. 상기 내시경(100)의 말단 섹션(101)은, 예를 들어, 말단 연결부(102)에서 약 90도 각도로 구부러질 수 있으며, 상기 말단 섹션(101)에 통합된 내시경 조명 및 카메라 모듈을 지향하고, 이에 따라 비전 시스템 필드의 시야(FOV)는 중간 섹션(103)의 바로 앞일 수 있다. 일부 실시 예에서, 중간 섹션(103)은 다른 관형 수술 장치 또는 포트로 통합될 수 있는 얇은 몸체일 수 있다. 내시경의 말단 연결부(102) 벤딩은 상기 인접 섹션(105)에서 인접 하우징(112) 내에 내장된 텐션 스프링 매커니즘을 사용하여 설정되고 제어된다. 수동적으로 벤딩되는 인접 연결부(104)은, 내시경의 인접 섹션(105)이 포트를 사용할 때 포트 측면을 향해 편리하게 구부러지도록 하고, 포트 입구 주변에 여유 공간을 제공한다.
내시경(100)은, 내시경(100)의 다양한 섹션(말단 섹션(101), 중간 섹션(103), 및 인접 섹션(105))에 다중 관절 및 얇은 시트 금속으로 형성된 하우징(또는 임의의 다른 유형의 하우징)을 포함할 수 있고, 말단 연결부(102), 인접 연결부(104), 또는 시트 금속 몸체에 결합된 내시경의 임의의 다른 섹션에서 수동적으로 벤딩되는, 관절형 및 전개 가능한 힌지와 결합 된다.
일부 실시 예에서, 내시경(100)의 말단 섹션(101)은 30-35mm 길이일 수 있다. 다른 실시 예에서, 말단 섹션(101)은 5-30mm 또는 35-50mm 길이일 수 있다. 또한, 말단 섹션(101)은 8-10 mm의 직경을 가질 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로 상기 말단 섹션(101)은 직경 또는 4-12 mm를 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 중간 섹션(103)은 상기 내시경(100)이 수술용 포트 또는 가요성 카테터의 벽 내에 통합되거나 수납될 수 있게하는 1mm 미만의 두께일 수 있다. 다른 실시 예에서, 내시경 중간 섹션(103)은 강성, 가단성, 부분적으로 또는 완전히 가요성인 3 내지 12mm의 직경을 갖는 나선형으로 외과 몸체를 통해 유연하게 라우팅될 수 있다. 일부 실시 예에서, 중간 섹션은 얇은 몸체를 가진다.
일부 실시 예에서, 말단 섹션(101)의 하우징은, 상기 광원(202) 및 카메라(들)(201)을 말단 섹션(101) 내의 소정의 위치 및 방향에서 정확히 위치시키고 정렬시키는데 사용되는, 플라스틱, 실리콘 등과 같은 마이크로 몰딩된 반응성 재료 또는 특정한 형상의 플라스틱 상부 하우징(203) (예를 들어, 도 2 및 도 3a에 도시된)에 삽입되는 합금으로 이루어진다. 상기 광원(202)은 LED 광원일 수 있다. 도 2의 말단 섹션(101)의 하우징은 용이한 삽입을 위해 둥글게된 말단부(208)를 갖는 원통형일 수 있다. 일부 실시 예에서, 말단 섹션(101)은 상부 하우징(203) (예를 들어, 도 3a의 마이크로 몰딩 플라스틱)과 잠금 피쳐(305)와 결합되는 하부 하우징 (204) (도 3b의 성형된 시트 금속) 으로 나뉜다. 이는, 상기 카메라(들)(201) 및 광원(202)을 내시경(100)의 말단 섹션(101) 내의 고정된 위치에 유지하며, 래치 메커니즘(303)을 갖는 상부 하우징(203)이 말단 연결부(102)에서 피봇핀(304)에 래치하고, 몰딩된 플라스틱 부품(예를 들어, 상부 하우징(203))에 잠금가능한 방식으로 서로 결합하는 하부 하우징(204)을 가지도록 하기 위한 것이다.
일부 실시 예에서, 하부 하우징(204)은, 방열을 돕기 위해 주위 공기에 더 잘 노출되도록 시트 금속 몸체에 열을 분배하는, 히트 싱크(heat sink) 메커니즘(306)의 인클루전(inclusion)을 광원(202) 아래에 수용할 수 있다. 또한, 열 전달 중 일부는, 사용 중 안개없는 이미징을 유지하기 위해, 카메라(201)의 이미징 렌즈(314)로 전달된다. 상부 하우징(203)은, 말단 섹션(101)에 대해 리세스에서 카메라(201)와 결합되고 위치되는, 상기 카메라(201)를 위한 개구부 (301), 및 상기 말단 섹션(101)에 결합될 광원(202)을 위한, 광각 조명을 허용하는 충분히 큰 개구를 갖는, 별도의 개구(302)를 형성한다. 리세스된 카메라(201) 및 광원(202) 앞에 있는 별개의 개구(301 및 302) (또는 창) 사이의 광학적으로 불투명한 배리어는, 광원 (202)과 카메라 (201) 사이의 임의의 혼선(cross talk) 및 미광(stray light) 문제를 제거한다.
일부 실시 예에서, 다양한 스펙트럼 출력을 가지는 다수의 LED 또는 VCSEL 광원(202)이 스펙트럼 및 형광 이미징에 사용될 수 있다. 이러한 광원은, 광을 특정한 방식으로 추출 및 분배하도록, 개별적인 LED 또는 VCSEL 위에 돔 캡슐화를 할 수 있다. 개별 돔 캡슐화는 개별 광원 (도 3b의 개별적으로 캡슐화된 LED 광원 (202)과 같은)에 사용될 수 있으며, 또는 다수의 LED 또는 VCSEL 칩은 공통 캡슐화, 굴절 또는 회절 광학의 임의의 조합, 또는 다중 광원에 대한 광 파이프 가이딩 및 혼합 메커니즘을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 동일한 방향 뷰를 향하는 도 4의 듀얼 카메라 (201a 및 201b)는, 입체 영상을 위해, 내시경 말단 섹션(101a) (도 4)에 통합될 수 있거나, 상이한 방향을 향하는 다중 카메라가 다중 뷰 이미징을 위해 사용될 수 있다. 카메라의 위치, 뷰의 방향 및 거리는, 개별 카메라가 특정 방향을 가리키도록 만들어진 마이크로 몰딩된 플라스틱 또는 압출 플라스틱 하우징 (예를들어, 상부 하우징 (203))의 개구 및 기계적인 가이딩 기능에 의해, 서로 특정한 방향과 거리에 고정될 수 있다.
스테레오 비전 전개 가능한 내시경(100)용 듀얼 카메라 (201a 및 201b)는, 공간이 매우 제한적인 경우, 내시경이 상기 내시경의 말단부를 향하는 카메라 또는 입력 포트를 갖는 전통적인 내시경 지오메트리 대신에, 연장된 말단 섹션(101a)(도 4)의 측면을 향하여 편리하게 배치되고 서로 이격될 수 있다. 따라서, 상기 말단 섹션 (101) 및 말단 섹션 (101a)은 더 크고, 더 높은 해상도 및 더 높은 감도의 센서 크기를 수용 할 수 있을뿐만 아니라, 더 나은 집광 성능을 갖는 고해상도 이미징을 제공하는, 더 크고 더 높은 개구수(NA) 광학계 (더 낮은 f / #) 를 수용할 수 있다.
도 4의 스테레오 내시경의 경우에, 더 큰 영역은 말단 섹션(101a)의 연장된 본체의 긴 섹션을 따라 더 큰 스테레오 분리(separation)를 유지할 수 있지만, 이 스테레오 분리 거리는 종래의 스테레오 내시경에서 매우 제한된다. 두 스테레오 카메라 비전 포트가 말단부에서 종래 관형 내시경의 동일한 작은 단면적을 가로 질러 좌우로 통합되어야 하기 때문이다. 큰 스테레오 분리(카메라 (201a와 201b) 사이의 축간 거리는, 일반적으로 종래의10-11mm 직경의 스코프는 5mm 미만인 반면에, 10mm를 쉽게 넘을 수 있다. 이 더 큰 스테레오 분리는 더 큰 작업 거리에서 더 나은 3D보기를 허용한다.
카메라(201) (도 4의 201a 및 201b) 및 광원(202)을 위한 절개된 개구를 갖는 얇은 열 수축(thin heat shrink)은, 플라스틱 몸체를 단단히 유지하기 위해(예를들어, 상부 하우징(203))(또는 도 4의 403a) 연장된 말단 섹션(101)(도 4의 101a) 및 / 또는 보호를 위해 중간 섹션(103) 및 인접 섹션(105)에서 내시경의 스틱 본체 상에 적용될 수 있다. 일부 실시 예에서, 얇게 몰딩된 플라스틱 또는 유리로 만들어진 벌브형 보호 윈도우는, 상기 내시경(100)의 말단 팁 섹션에 통합된 카메라(201) 및 / 또는 광원 (202)의 카메라 하우징 상에 배치되어 상기 카메라(201)와 광원(202) 사이의 광학 인터페이스 및 윈도우로서 작용할 수있다. 또는 필요한 경우, 매우 얇은 광학적으로 투명한 열 수축 튜브가, 개구(301, 302) 위의 광학 윈도우로서 작용할 수 있다. 단일 (또는 다중) 벌브 타입 또는 반사 방지 코팅된 플랫 윈도우는, 대체적인 실시 예에서 광원(202) 및 카메라(201) 모두에 대한 공통 (또는 분리된) 윈도우로서 작용할 수 있으며, 도 3a의 개구 302 및 301)에서 일회용 내시경(100)의 말단 섹션(101) 상부 하우징(203)에 내장되거나 몰딩될 수 있다.
도 3b, 도 4 및 도 5는, 피벗 말단 연결부(102)에, 피벗 핀(304)을 가지는, 말단 섹션(101)의 하부 하우징(204)에 연결된 중간 섹션(103) 얇은 하우징(205), 및 유사한 피벗 핀(도시 되지 않음)을 이용하여, 피벗 인접 연결부(104)에서 상기 중간 섹션(103)에 연결된 인접 섹션(105)을 나타낸다. 일부 실시 예에서, 말단 섹션 (101)의 하부 하우징(204), 중간 섹션의 얇은 하우징(205) 및 인접 섹션의 얇은 하우징(501)은, 함께 다중 관절 내시경(100) 본체를 형성하여, 상기 내시경 본체를 따라 그리고 말단 연결부(102) 및 인접 연결부(104)와 같은, 그것의 관절 및 벤딩 연결부를 통해 플랫 전기 케이블(207) 및 플랫 액추에이션 케이블(102)을 고정시킨다. 상기 다중 관절 내시경(100)은 추가의 기동성 및 유연성을 위해 각 섹션을 따라 더 많은 섹션 및 피벗 포인트로 분할될 수 있다.
일부 실시 예에서, 내시경 (100)의 중간 섹션(103) 내의 금속 몸체(예를 들어, 얇은 하우징(205))는, 측면 굴곡부(307), 효과적인 벤딩 벙위를 위한 컷 아웃(308), 얇은 하우징(205) 내부의 케이블 라우팅 메카니즘을 고정하기 위한 스트랩(예를 들어, 단면 가이드(309))와 같은, 다양한 굴곡부가있는 강성 또는 부분적으로 가요성인 금속(예를 들어, 판금)으로 만들어질 수 있다. 이러한 핀은, 연결부(얇은 하우징(205)의 판금 폴드를 연결하는), 예를 들어, 도 3b의 피봇 핀(304)에 의한 말단 연결부(102)에서, 연결부 힌지로서 기능하기 위해, 외측 얇은 하우징(205)에 용접될 수 있고, 예를 들어 판금 몸체는 하부 하우징(204)의 폴드 및 구멍이 피봇 핀(304) 위에 자유롭게 부유되어 피봇 핀(304) 주위로 쉽게 회전하게 만든다. 또는 추가적으로 이들 핀은, 도 3b에서, 플랫 전기 케이블(207)을 적절히 라우팅 할뿐만 아니라 밴딩 말단 연결부(102)를 강화시키는, 핀(310)과 같은, 섹션 또는 연결부 내의 내시경(100)에 대해 라우팅하고 가이드하는데 사용될 수 있다. 내시경(100)의 중간 섹션(103)을 따르는 얇은 하우징(205)은(도 3b에서 측면 굴곡부(307)로 도시 된 바와 같이) 플랫 전기 케이블(207) 측면 주위로 접을 수있어, 사용자가 내시경(100)을 포트 내외로 삽입 및 인출하는 것을 용이하게 하기 충분한 강성을 갖는다.
중간 섹션(103)의 판금 박형 하우징(205) 또는 인접 섹션(105)의 판금 박형 하우징 (501)은, 도 3b 내지 도 6에 도시 된 바와 같이, 내시경(100)의 부분적으로 개방된 판금 박형 하우징(205, 501)에서, 플랫 전기 및 액추에이션 케이블(206, 207)을 보호하고 안내하기 위한 단면 가이드(309) (판금 박형 하우징(205) 상에 벤딩되어 용접된 판금 플랩으로 제조된)를 더 포함할 수 있다.
플랫 전기 케이블(207) 및 플랫 액추에이션 케이블(들)(206)과 같은 전개 및 관절 플랫 케이블은, 상기 말단 섹션(101)의 내부에 적절하게 고정되는 반면에(플랫 전기 케이블(207)의 경우 조명 및 카메라 모듈에 고정됨), 관절용 플랫 액추에이션 케이블(206)은 시트 금속 하부 하우징(204)의 바닥에서 컷 아웃을 통과 한 후(도시되지 않음), 말단 섹션(101)의 금속 하부 하우징(204)의 내부에 고정된다. 이러한 박형 플랫 케이블 및 액추에이션 케이블(207 및 206)은 내시경(100)의 말단 밴딩 연결부를 통해 다르게 라우팅될 수 있고, 내시경 중간 섹션(103) 또는 인접 섹션(105)을 통해 유사하게 라우팅될 수 있다.
예를 들어, 도 3b에서, 말단 연결부(102)에서의 피봇 핀(304)을 갖는 판금 박형 하우징(205)은, 핀(310) 위(그러나 말단 연결부(102) 아래)에서, 플랫 전기 케이블(207)을 지향하고 라우팅하는 핀(310)을 더 포함한다. 말단 연결부(102) (또는 힌지 또는 핀)의 밴딩은 (안내 핀(310)과 말단 연결부(102)의 인접에 기인하여) 관절 및 전개 중에 전기 케이블의 장력의 최소 변화를 발휘하는 반면, 상기 플랫 액추에이션 케이블 가이드 핀(310) 과 관절 및 전개 말단 연결부(102) 아래로 자유롭게 이동하고, 따라서 전개된 말단 섹션(101) 및 내시경 중간 섹션(103)에 대하여 삼각형 형상을 형성할 수 있는 능력을 가진다.
단면 가이드(309)와 함께 중간 섹션(103)에서 판금 박형 하우징(205) 및 인접 섹션(105)에서 판금 박형 하우징(501)은, 내시경 중간 섹션(!03) 및 인접 섹션(105)을 관통하여, 플랫 액추에이션 케이블(206)의 전개 및 관절의 낮은 아찰 조작을 수용하기 위하여, 적절한 단면 형태로 형성되거나 가압되는 부드럽고 낮은 마찰 튜빙(311)을 확보한다. 분리된 저 마찰 가이드 채널(예를 들어, 튜빙 (311))은 평평한 형태로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 얇은 벽으로 된 PTFE(PolyTetraFluoroEthylene) 튜브는 최소 공간을 차지하면서 판금 박형 하우징 내부의 플랫 액추에이션 케이블(206) (및 바람직하게는 자유 부유 플랫 전기 케이블 (207))을 사용하여 전개 및 관절의 거의 마찰없는 운동을 제공한다(103). 상기 중간 섹션(103)의 판금 박형 하우징(205) (및/또는 인접 섹션(105)의 박형 하우징(501)) 및 튜빙(311)은, 보호를 위해 얇은 열 수축 물질 내부에 더 수용될 수 있고, 내시경 중간 섹션(103) 및 인접 섹션(105)에서 추가 강성이 될 수 있다.
일부 실시 예에서, 관절을 위한 여분의 플랫 엑추에이션 케이블(206)은 피봇핀(304)(도시되지 않음) 상에 라우팅될 수 있으며, 또한 튜빙(311)과 같은 저 마찰 (PTFE) 가이드 채널 내부로도 라우팅될 수 있고, 함께 두 개의 상부 및 하부 라우팅된 작동 케이블(206)은 작은 전자 기계적 관절 액추에이터와 함께 전개 및 비 전개 수단으로서 사용되며, 상기 플랫 엑추에이터 케이블(206) 각각을 당김으로써 내시경의 자동 관절을 위해 인접 단부 제어 전자 장치 및 휴대용 디스플레이 및 제어 장치에 추가로 결합된다.
또는, 다른 실시 예에서, 배치 및 능동 기계 미세 관절의 수동적 수단으로서, 전개 및 관절을 위한 단일 플랫 액추에이션 케이블(206)은, 도 3b에 설명 된 바와 같이 라우팅 될 수 있으며, 여기서 상기 플랫 액추에이션 케이블(206)은 판금 하부 하우징(204) (말단 섹션(101)에서) 내부에 고정되며, 상술한 바와 같이, 인접 하우징(112)(도 5에 도시된 바와 같이) 내부에 수납된 텐션 스프링(502)을 사용하여 사전 설정된 장력하에 배치된다. 도 5에서, 전개 및 관절을위한 인접 판금 얇은 하우징(501) 및 플랫 액추에이션 케이블(206)이, 수동 밴딩 인접 연결부(104) (또는 힌지 또는 핀) 후에, 인접 하우징(112) 내부의 관절 및 전개 텐션 스프링(502) 에 연결된다. 텐션 스프링(502)에 의해 장력 하에 고정 및 배치된 관절 및 전개용의 플랫 액추에이션 케이블(206)은 내시경이 0도 내지 90도까지 구부러질 수 있게하는 다양한 장력 (노브(109)에 의해 조절 가능) 하에 있도록 구성되고, 장기의 측면뿐만 아니라 장기의 뒤에서 보도록 구성된다. 일부 실시 예에서, 내시경(100)이 체강 내에서 작동시키거나 관찰하는데 사용되는 동안, 예를 들어 30도, 45도, 70도와 같은 임의의 각도로 구부려질 수 있다. 일부 실시 예에서, 관절 및 전개 스프링 매커니즘은 내시경이 그 자체 상으로 180도까지 구부리거나 또는 반대 방향으로 구부러져 삽입 위치로 다시 돌아가도록 구성된다.
새로운 각도의 내시경으로 변경할 필요없이, 다양한 각도에서 수술 부위의 효과적인 조명 및 영상화를 위해 관절형 및 / 또는 전개 가능한 실시 예가 가능하다. 카메라(201) 및 광원(202)은 포트 및 캐비티에 삽입된 내시경 중간 섹션(103)과 동일한 평면 상에 있을 수 있지만, 일부 실시 예에서는 카메라(201) 및 광원(202)이 삽입 위치로부터 관절식으로 사용될 수 있거나, 사용하기 전에 접힌 프로파일로부터 전개될 수 있다(다양한 방향을 가리킴). 일부 실시 예에서, 카메라(201) 및 광원(202)은 삽입체의 밀접한 프로파일 내에서 조작 대상 위치로 유지되며, 편리하게 축 방향으로 확장되고, 전개되고 관절식으로 관심 대상을 가리킨다. 동작 위치에서, 광원(202)으로부터의 조명 광뿐만 아니라 카메라(201)의 촬상 FOV는, 내시경 본체를 넘어서 또는 수술 장치의 기능을 증가시키는 신체 기관의 뒤에서 수술 부위로 향할 수 있다.
또는, 다른 실시 예에서, 다중 뷰잉 이미징 (서로 다른 또는 반대의 전방 및 후방 뷰잉 방향을 동시에 바라 보는 카메라로), 또는 입체 또는 3 차원 시각화(3D 비전 시스템을 위해 좌우측으로 지시되는2 개를 갖는 카메라로)를 제공하기 위해, 다수의 카메라가 관절 및 전개 가능한 내시경(100) 으로 통합될 수 있다. 다양한 파장의 LED와 VCSEL은, 스펙트럼 이미징을 수행하거나 혈관 안의 형광 염료를 검출하거나 조직에서 생체 형광을 유도하고, 그것의 형광 특성을 기초로한 이미징을 제공하기 위해 내시경 말단부에서 사용될 수 있다.
내시경(100)의 연장된 말단 섹션(101)에 제공된 여분의 공간으로, 카메라는 내시경(100)의 원형 단면 대신에 연장된 부분의 측면을 향하고, 카메라 렌즈 및 / 또는 렌즈와 카메라 센서 사이의 거리가 상기 카메라의 미세한 포커싱 또는 줌을 위해 조정될 수있는 자동 초점 및 / 또는 줌의 전기 기계적 수단이, 카메라 렌즈에 통합될 수 있다. 자동 초점 및 줌을 위한 전기 기계적 수단은 자동 초점 메커니즘이 장착된 USB 카메라와 유사한 제어 및 디스플레이 전자 장치에 의해 동일한 플랫 전기 케이블(207) (또는 추가적인 플랫 케이블 (207))을 통해 제어될 수 있다. 유사하게, 액체 렌즈는, 자동 초점을 수행하고 손 떨림 또는 내시경의 진동을 제거하여 화상을 흐리게 할 수 있도록, 카메라 렌즈의 상부에 장착될 수 있고, 동일하거나 보다 평평한 전기 케이블 (207)을 통해 전자적으로 제어될 수 있다.
일부 실시 예에서, 플랫 전기 케이블(207)뿐만 아니라 배치 및 관절을 위한 플랫 액추에이션 케이블(들)(206)은, 얇은 가요성 인쇄 회로(FPC) 케이블이다. FPC 케이블의 장점은 평평하고 최소한의 공간을 차지하지만 길이가 변하지 않으면서도 상당한 인장력을 견딜 수 있고 매우 견고하다는 것이다. 예를 들어, 폭이 3mm이고 두께가 150μm 인 FPC 케이블은 다중 도체, 고속 통신 회선뿐만 아니라 전개 및 관절을 위해 지속적인 장력을 받는 강하고 낮은 마찰성 플랫 케이블로도 쉽게 사용할 수 있다. 테플론 (Teflon) 타입 재킷을 갖춘 플랫 플렉시블 케이블 (FFC)과 같은 다른 케이블 디자인도 가능하다.
다중 케이블 관절 방식에서, 이중 플랫 액추에이션 케이블(206)은, 말단 피봇 핀(304)의 위와 아래에 위치될 수 있는 플랫 전기 케이블(207)과 동일한 케이블일 수 있고, 관절 및 전개 말단 연결부(102)의 반대 측면 상에서, 말단 섹션(101)의 위와 아래에 고정될 수 있다. 상기 플랫 액추에이션 케이블(206)은 상기 말단 연결부(102)의 관절 및 전개를 위한 액추에이터로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 하나의 케이블을 당기면 내시경이 개방되어 소정 각도 (예를 들어, 30 °, 60 °, 90 °)로 구부러지게된다. 다른 케이블을 당기면 내시경이 닫히고 체강(body cavity)에 삽입하기위한 관 모양을 형성한다.
또한, 플랫 전기 케이블(207) (또는 플랫 액츄에이션 케이블(206))은 카메라(201) 및 광원(202)에 전류를 제공하고, 카메라(201)로 신호를 제어하며, 카메라(201)로부터 MIPI 신호를 인접 하우징(112) 내의 제어 전자 보드(503) (도 5의 503)와USB 케이블(106)을 통해 연결된 휴대용 디스플레이 및 제어부(도시되지 않음)로 전송한다. 후술하는 디지털 신호 프로세싱(DSP) 칩을 갖는 인접 하우징(112) 내의 상기 제어 전자 보드(503)(도 5)는, 내시경의 USB 케이블(106)에 연결된 기성품 컴퓨터와 인터페이싱하기 위해 MIPI 신호를 USB 비디오 클래스 (UVC) 포맷으로 변환한다.
플랫 액츄에이션 케이블(206)은, 도 3b의 튜빙(311) 내에 부분적으로 또는 국부적으로 수용될 수 있다. 상기 튜빙(311)은 마찰 계수가 낮고 내시경 본체의 공간을 절약하기 위해 매우 얇은 벽으로 설계될 수 있는 한 다양한 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 튜빙(311)은 0.01 " 또는 그 이하의 벽 두께의 얇은 벽(PTFE) 튜빙일 수 있다. 또한, 상기 튜빙(311)은 적절한 초승달 모양으로 형성되어 포트 내부 벽을 잘 정합시키거나, 둥근 얇은 벽 튜브로 만든 평평하거나 타원형으로 압착할 수 있다. 낮은 프로파일 FFC 또는 FPC 케이블 커넥터는, 도 3b의 동일한 플렉스 회로(313) 및 강성 PCB(312) 상에 장착된 적절한 지지 전자 장치와 함께, 카메라(201) 및 광원(202)을 장착하는데 사용되는 플렉서블 회로(313) 또는 작고 얇은 강성 인쇄 회로 기판 (PCB)에 플랫 전기 케이블(207)을 연결할 수 있다.
카메라(201)는 캐비티 내부의 이미지를 캡쳐한다. 상기 카메라(201)는 광을 전자로 변환하기 위해 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 센서를 사용하는 디지털 카메라일 수 있다. 다수의 고해상도 디지털 카메라는 스테레오 또는 다중 방향 시청을 위해 다수의 FFC 플랫 전기 케이블(207)을 통해 접속될 수 있으며, 모든 카메라는 인접 하우징(112) 내의 고 대역폭 USB 허브를 통해 연결되거나 다중 USB 케이블(106)을 통해 디스플레이 및 제어기에 연결된다. 고 대역폭, 전기적으로 절연된 전력 USB 3.0 케이블 또는 USB 3.1 광 케이블은, USB 케이블(106) 대신에, 인접 하우징(112)에서 연결을 만들 수 있는데, 여기서 복수의 고해상도 카메라는, 동시에 2D 또는 3D 이미지를, 단일 광 USB 케이블의 높은 대역폭을 활용하여, USB 허브를 통해 빠른 프레임 속도로 디스플레이한다.
작동 중에 누출이 없는 성공적인 주입을 가능하게하기 위해, 얇은 가요성 (관형) 주입막(107)이 다중 관절 내시경(100) (도 1)의 중간 섹션(103)에 영구적으로 부착된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 얇은 가요성주입막(107)은 말단 측면을 향해 개방되어 있지만, 내시경(100)의 중간 섹션(103)에 인접한 측면에서 붕괴되어 단단히 장착된다.
내시경 (100)을 포트에 삽입하기 전에, 강성의 연장된 인접 단부(111)를 갖는 강성 또는 반강성 삽입 튜브(도입 가이드)(108)가, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 내시경(100)의 얇은 가요성 주입막(107)을 덮기위해 인접 휴지 위치(110)으로부터 이동된다. 포트 개구보다 크게 만들어진 강성 삽입 튜브(108)의 연장된 인접 단부(111)는, 이하에서 설명되고 도 8에 도시된 바와 같이, 삽입 동안 포트용 플러그로서 작용하여, 얇은 가요성 주입막(107)을 보호하는 삽입 튜브(108)를 적절하게 위치시키고, 위치(504)에서 스트레치되고 상기 포트주입막 또는 개구를 통과 통과할 수 있게 한다.
전개의 수동적인 실시 예에서, 도 5의 텐션 스프링(502)은, 포트의 내부에 있을 내시경의 중간 섹션(103)에 대해 미리 결정된 전개 각도로 내시경(100)의 말단 섹션(101)과 함께, 인접 하우징(112) 내부의 제 위치에 초기 설정되고 고정될 수있다. 예를 들어, 도 5에서, 상기 텐션 스프링(502) 및 노브(109)는 말단 섹션 (101)이 내시경의 중간 섹션(103)과 직각이되도록 초기에 설정된다(모든 전기 및 전개 및 관절 케이블을 지나가고, 도 4에서 전술한 바와 같이 말단 연결부(102)를 통과하고, 동일한 방식으로 수동 벤딩 인접 연결부(104)를 통과).
도 6은, 내시경(100)이 포트 내로 삽입되기 전에 포트 내로의 내시경(100)의 삽입을 도시한다. 상기 내시경(100)을 둥근 말단부(208)에서 상기 포트로 삽입하기 위하여, 얇은 가요성 주입막(107) 위에 위치되고 홀드된 삽입튜브(108)과 함께, 내시경(100)의 말단 섹션(101)은 사용자에 의해 말단 연결부(102)에서 직선화될 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이(도 6에 도시된 바와 같이 초기에 텐션 스프링(502)에 의해 직각 위치로 설정되었던), 상기 말단 섹션(101)은 상기 내시경의 중간 섹션(103)을 따른다. 상기 내시경(100)은, 상기 내시경(100)이 통과하는(도시되지 않음) 포트(701) 주입막(들)을 개방하는 둥근 말단부(208)와 함께, 도 7의 포트(701)에 삽입된다. 도 7에 도시된 내시경(100)의 직선 삽입 위치에서, 전개 플랫 액츄에이션 케이블(206)은, 상기 플랫 액츄에이션 케이블(206)을 더 당겨, 도 5의 인접 텐션 스프링(502)에 더 많은 장력을 가하여 도 7의 말단 연결부(102)에서 내시경 본체 상으로 붕괴된다(도 6에 도시된 삼각형 위치로부터).
일단 말단 섹션(101)이 포트(701)의 말단부를 안전하게 제거하면, 텐션 스프링(502)은 플랫 액츄에이션 케이블(206)을 뒤로 끌어당겨서, 말단 섹션(101)을 초기에 인접 하우징(112) (도 5)의 텐션 스프링(502)에 의해 설정된 직각 위치로 복귀시킨다. 이 시점에서, 삽입 튜브(108)는 삽입 튜브(108)의 위치(504)(도 5)에서 포트의 주입막 개구가 있는 도 7의 포트(701) 내에 위치된다. 그 다음, 상기 삽입 튜브(108)는 포트 내부의 내시경 중간 섹션(103)으로부터 제거되고, 인접 연결부(104)을 풀어서 다시 구부리도록 함으로써, 원래의 인접 휴지 위치(110)로 되돌려 놓는다(도 1에서와 같이). 상기 삽입 튜브 (108)의 이러한 제거는, 도 8에 도시 된 바와 같이, 상기 포트 (701)의 포트 주입막(801)에 얇은 가요성 주입막(107)을 노출시키고, 몸체의 내부로부터의 공기는 얇은 가요성 주입막(107)을, 내시경 본체 (100)의 내시경 중간 섹션(103) 주위의 공기 기밀 밀봉(air tight seal)을 제공하는 스커트와 같이 포트(701)의 포트 주입막(801)에서 부풀린다. 포트 내측의 내시경 본체의 삽입 길이를 변경하기 위해, 상기 삽입 튜브 (108)는, 포트 주입막(801)을 다시 한번 개방하고, 포트 (701) 내의 새로운 위치에서 상기 내시경 중간 섹션(103)을 안전하게 재위치 시키도록, 부분적으로 팽창된 얇은 가요성 주입막(107) 위에 다시 삽입될 수 있다.
일단 내시경(100)이 몸체 내부에 전개되면, 내시경의 중간 섹션(103)을 포트 (701)의 측벽에 밀어 넣는 동일한 포트(701)를 통해 다른 장치(도 9에서 간략화를 위해 장치(904)로 도시 됨)가 삽입 될 수 있으며, 새로운 장치(904) 본체는 집합적으로 얇은 가요성 주입막(107)과 함께 신장하여 포트 주입막(801) (도시되지 않음) 내부에 주입 밀봉(insufflation seal)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 장치(904)는 상기 캐비티 내부의 기관을 작동하고 조작하기 위한 외과 장치일 수도 있고, 또는 별도의 내시경 일 수도 있다.
도 9는, 카메라 (201)의 바로 앞에 에어 제트(903)를 돌출시키기 위해, 공기 공급 마이크로 튜브(901)가 내시경의 길이를 따라(예를 들어, 다중 관절 내시경(100)의 섹션들 (105, 103 및 101)을 통해) 고압 에어 제트 노즐 터미네이션(902)으로 라우팅되어, 액체 및 혈액이 카메라(도시되지 않음)의 시야를 불명료하게하는 것을 방지하는 에어 쉴드를 형성하도록 하는 내시경(100)의 측면도를 예시적으로 도시한다. 결과적으로, 에어 제트는 촬상 광선이 임의의 굴절률 변화에 의해 방해받지 않고 카메라 조리개(301)를 통과하고, 촬상 렌즈(314)를 통해 카메라(201)에 의해 감지될 수 있게 한다.
카메라(201)는 하나 이상의 촬상 렌즈(314) 또는 광학 필터 및 이미지 센서 (도시되지 않음)를 포함한다. 일부 실시 예에서, 경질 PCB(312) 상에 장착된 카메라 하우징 내에 이미징 렌즈 (314) 및 이미지 센서를 둘러싸기 위해 얇은 투명한 광학 윈도우도 제공된다. 상기 카메라의 투명한 광학 윈도우는, 내장된 에어 제트 노즐 터미네이션(air jet nozzle termination)(902)과 유사한 미세 구멍(holes)을 가질 수 있다. 여기서, 마이크로 튜빙(901)에 의해 제공되는 에어 제트는, 카메라 윈도우 하우징 내부로부터 유출되도록 라우팅 될 수 있고, 광학 윈도우가 임의의 액체로부터 깨끗하게 유지되도록 상기 투명한 광학 윈도우의 내의 미세 구멍을 통하여 유출되는 에어제트(air jet)가 라우팅될 수 있다. 도 3b의 카메라(201)에 대한 LED 광원(202) 및 강성 PCB(312)에 대한 플렉서블 회로(313)가 도시되어 있지만, 광원(202) 및 카메라(201)는 동일하거나 분리된 강성 또는 플렉서블 프로세싱 보드, 강성 및 플렉서블 전자 프로세싱 보드의 조합, 또는 플렉서블 전자 프로세싱 보드 또는 개별 부품을 보호하기 위한 별도의 얇은 메탈 백킹(backing)이 있는 플렉서블 전자 보드 상에 탑재된다.
광원(202)은, 카메라(201)가 특정 범위의 파장 또는 파장들의 조합에서 이미지를 캡쳐하도록 캐비티를 조명하기 위한 고휘도 발광 다이오드 (LED) 및 / 또는 VCSEL과 같은 단색, 다색 가시광, 자외선 (UV) 및 / 또는 적외선 (IR) 고체 상태 광원을 포함할 수 있다.
도 9에서, 카메라(201) 및 광원(202)는 말단 섹션(101)에 수용되고, 다중 관절 내시경(100)의 말단 섹션에 부착되는 것으로 도시된다. 또는, 내시경 말단 섹션(101) (예를 들어, 비전 시스템을 포함)은, 상기 내시경의 중간 섹션(103)에 부착될 수 있다. 여기서, 상기 중간 섹션(103)은 강성 의료 장치(1001a), 가요성 의료 장치(1001b), 부분적으로 가요성 또는 팽창 가능한 도 10a 및 10b의 의료 장치, 또는 해부학적으로 형성된 벽의 내부, 플렉서블 카테터와 같은 중공 액세스 장치(1101), 또는 개방 포트(도 11)에 내장될 수 있고, 상기 중간 섹션(103)은 얇은 몸체를 가질 수 있다. 이와같은 통합 실시 예에서, 가요성 플랫 액추에이터 케이블(206) 및 플랫 전기 케이블(207)은 의료 장치(1001b) 또는 중공 액세스 장치(1101)의 몸체 또는 벽과 함께 직선형 또는 나선형으로 라우팅될 수 있다. 의료 장치 (1001a), 의료장치(1001b) 및 중공 액세스 장치(1101)의 몸체는, 상기 내시경의 강성 중간 섹션(103)을 수용하거나, 가요성 또는 가단성 의료 장치(1001b)의 몸체에서 가요성 플랫 액츄에이션 케이블(206) 및 플랫 전기 케이블(207) 또는 중공 액세스 장치(1101)(관절형 플렉서블 카테터와 같은)를 독립적으로 라우팅하는 구멍(hole)을 통해 제공하도록 영구적으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 말단 섹션(101)은 사전 준비(pre-procedure)를 형성(소정의 각도로 구부러짐)하거나, 또는 소정의 FOV를 가리키는 수술 중에 능동적으로 조작된다. 상기 중간 섹션(103)은 얇은 몸체를 가질 수 있다.
전개 가능한 내시경 섹션은, 도 10a-b 및 도 11의 의료 장치(1001a), 의료 장치(1001b) 또는 중공 액세스 장치(1101)의 바로 앞 부분의 말단 섹션(101)과 함께 몸체에 삽입 된 후, 의료장치(1001a), 의료장치(1001b) 또는 중공 액세스 장치 (1101)의 몸체 내의 매끄러운 개방 채널을 통해 라우팅 될 수 있는 플랫 액추에이션 케이블(들)(206)을 이용하여, 의료 장치 또는 포트의 동일 또는 다른 채널을 통해 라우팅되고, 다중 관절 내시경의 인접 섹션(105)의 하우징에 연결된, 전기 및 전력 시그널을 전달하는 동일한 전개 및 관절 플랫 케이블 또는 207과 같이 분리된 플랫 전기 케이블과 함께 후속적으로 전개되고 관절화된다.
이러한 구성에서, 도 9의 전개 가능한 관절형 내시경(100)의 중간 섹션(103)은, 장치(904) 또는 포트 (701) (도시되지 않음)의 말단부에 영구적으로 내장된다. 또는, 도 9의 장치(904) 또는 포트(701)는 연장된 몸체에 내장된 적절한 공간 또는 그루브를 가질 수 있고, 다중 관절 내시경(100)의 중간 섹션(103)을 수용하여, 장치(904) 또는 포트(701)에 대해 고정된 내시경의 방향을 유지할 수 있다. 다수의 공간 또는 그루브는 다양한 또는 상이한 측면에서 동일한 장치(904) 또는 포트(701)에 내장될 수 있으며, 여기서 다중 내시경 (100)은 장치 (904) 또는 포트 (701)에 대해 고정된 위치에 삽입되고 홀딩될 수 있다. 상기 다중 내시경 (100)은 한 번에 하나씩 삽입될 수 있고, 반대 방향(포트 말단 개구의 반대측)으로 동일한 포트(701)를 통해 말단 조인트(102)에서 또는 예를 들어, 상기 포트(701)의 말단부에서 네 사분면으로 전개될 수 있다. 여기서, 각각의 내시경의 인접 연결부(104)는 각 내시경의 인접 섹션(105)이 상기 포트 (701)의 인접 측에서 서로 반대 방향으로 유사하게 구부러지게 한다(동일한 포트(701)를 통해 삽입된, 분리된 장치(904)의 바깥). 다중 내시경은 여러 개의 독립적인 방향에서 뷰를 제공 할 수 있으며, 상기 다중 내시경에서 이미지는 본체 내부의 하이퍼 FOV를 제공하도록 함께 스티칭될 수 있다. 도 12는, 4 개의 대향하는 사분면들로 액세스 포트(1200)의 말단 팁에서 전개되고, 말단 섹션(101) 내에 자체의 조명 및 카메라 모듈을 각각 갖는 4 개의 전개 가능한 관절형 내시경(100)을 도시하고, 각각의 내시경은 액세스 포트(1200)의 말단 팁에서 삽입 및 전개 한 후에 메이팅 그루브(1201)에서 정렬되고 수용된다.
광원(202) 또는 개별적인 광원(202) 및 그 구동 전자 장치는, 동일한 인접 제어 전자 기판(503)에 연결되거나, 개별 USB 조명기로서 켜고 끌 수 있는, 바람직하게는 허브를 통해 개별적으로 제어되는 광원으로서, USB 케이블(106)로부터 직접 전력을 수신하는, 자체의 플렉서블 회로 또는 플랫 전기 케이블 연결을 가질 수 있다. 플렉스 회로로도 알려진 플렉서블 회로는 카메라(201) 및 광원(202)에 전력 및 제어 신호를 제공하고 직렬화된 이미징 신호를 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛에 전송하는데 사용될 수 있으며, 여기서USB 케이블(106)의 일부는 일회용 내시경 (100)의 가요성 또는 강성 본체를 따라 둘러싸일수 있고, USB 케이블(106)의 일부는 내시경(100)의 외부에 있을 수 있으며, 전체 USB 케이블은 상기 내시경(100)과 함께 일회용이 될 수 있다.
일반적으로 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은 디스플레이 스크린, 하우징, 조명 및 영상 제어 전자 장치, 영상 처리 전자 장치, 및 / 또는 배터리와 같은 전원 공급 장치를 포함한다. 내시경(100)의 말단 섹션(101)에 사용되는 이러한 소형의 비전 및 조명 모듈(카메라 (201, 201a 및 201b)과 광원(202))은, 자체의 전력 또는 제어 전자 장치없이, 작은 직경의 일회용 하우징 내에서 몸체로 쉽게 도입되도록 소형이며 저가의 형태로 제조될 수 있다. 표준 저비용의 입증된 LED 광원(202) 및 디지털 CMOS 센서와 통상적인 내시경의 말단 팁 내에 들어 가지 않는제한된 전자 기기는, 상기 내시경의 인접 섹션(105) 내의 소형 제어 전자 보드(503) 상에 수용되는 주요 전자 부품과 함께, 내시경(100)의 연장된 말단 섹션(101)에서 소형의 가요성 또는 단단단 전자 보드 상에 사용될 수 있다. 통합 SoC (System on the Chip) 전자 장치가 내장된 고감도 및 고해상도의 디지털 센서는, 센서의 병렬 디지털 비디오 신호를 고해상도 디지털 센서의 MIPI 출력으로 변환할 수 있다. MIPI 신호는 연장된 가요성 내시경의 경우에는 전기 쉴드를 필요로하지 않고, 저가 및 필요에 따라 매우 얇은 길이가 1 미터 이상인 낮은 프로파일 FPC 또는 FFC 케이블을 사용하여 상기 내시경(100)의 길이를 따라 전송 될수 있고, 또는 몸체의 자연 오리피스(orifices) 내의 시각화를 위한 긴 플렉서블 카테터(도 10b의 의료기구 (1001b)와 같은)와 함께 사용할 수 있다. 예를 들어, 내시경의 인접 섹션(105)에 있는 저가의 인접 디지털 신호 처리(DSP) 칩은, MIPI 신호를, 평범한 USB 웹 카메라와 유사한, 고속 USB (Universal Serial Bus) 비디오 클래스 카메라 신호 (UVC 또는 USB 비디오 클래스 포맷)로 변환할 수 있다. 또는, 내시경은 (MIPI) 지원 직렬화 디지털 센서 출력을 MIPI 지원 휴대용 디스플레이 및 컨트롤러에,USB 형식으로 변환하지않고, FFC 케이블을 대신 사용하여 직접 전송할 수 있다. 또한, MIPI 또는 USB 신호는, 다른 다양한 장치를 위해 인접 제어 전자 보드(503)에서 DVI 또는 HDMI 포맷 비디오 출력으로 변환될 수 있으며, 또는 네트워크 카메라로서 기능하는 Wi-Fi를 통해 스트리밍될 수 있다.
일부 실시 예에서, 분리된 플렉서블 USB 케이블(106)은 전력 및 제어 신호를 통신하기 위한 개별 USB 장치뿐만 아니라, 직렬화된 고속 디지털 비디오 촬상 신호를 상기 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛과 상기 카메라(들)(201) 및 광원(들)(202) 사이에서UVC 포맷으로 수신한다. 이와 같이, 플렉서블 회로(USB 케이블 (106))는, USB 허브를 통해 다수의 카메라의 고속 통신을 위한 다중 모드 (또는 단일 모드) 광섬유를 사용하는 동시에 다수의 카메라 및 광원에 전력을 공급하기 위한 절연된 구리선을 사용할 수 있다. 상기 광 케이블의 양단에 송수신기를 갖는 고속 광 통신 수단(USB 3.0, USB 3.1 또는 보다 높은 대역폭의 장래의 USB 통신 표준 사용)은, 인접 하우징(112)에서 하나 이상의 USB 접속과 함께, USB 허브를 통해 휴대용 제어 장치 및 디스플레이 유닛을 고속 카메라(들)(201) 및 광원(들)(202)에 통신 가능하게 연결하는 수단의 한 예이다.
또한, 플랫 케이블과 함께 표준 USB 케이블은, 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛과 카메라(201) 및 광원(202) 사이에 전력 및 제어 신호를 통신가능하도록, 상기 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛을 상기 카메라(201) 및 광원(202)에 통신가능하게 연결된다. 이와 같이, 상기 USB 케이블(106)은, 포트(701) 또는 장치(904)의 다른 기능과 간섭하지 않고 그것의 인접 단부에서 상기 포트(701)의 측면에 라우팅될 수 있는 플랙서블 및 낮은 프로파일 형식으로 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛을 카메라(201) 및 광원(202)에 통신 가능하게 연결하는 수단의 일례로서 제공된다.
디스플레이 및 제어 장치와 카메라(201) 및 광원(202) 사이의 (구리 또는 광학) USB 케이블(106)에 사용되는 높은 디지털 속도 통신 방법의 경우, 상기 디스플레이 및 제어 장치에서 적절한 USB 연결이 이루어질 수 있으며, 전체USB 케이블(106)은 또한 내시경(100)의 말단 섹션(101)에 하우징된 전개 가능한 카메라(201) 및 광원(202)과 함께 배치될 수 있다. 디스플레이 및 제어 유닛에 대한 표준 USB 통신 프로토콜 및 연결을 사용하여, 디스플레이 및 제어 유닛을 UMPC (Ultra Mobile Personal Computer), MID (Mobile Internet Device), 태블릿 컴퓨터 또는 미니 PC 또는 PDA(Personal Digital Assistant), 스마트 셀룰러 폰(예 : Nexus, iPhone 등)과 같은 쉘프 컴퓨팅(shelf computing) 및 프로세싱 유닛으로 사용하거나 기능을 수행하도록 허용하며, 전원 어댑터 또는 배터리와 같은 추가 USB 전원 공급 장치가 있거나 없는 USB 통신 포트를 수용한다. 예를 들어, 고속 USB 연결의 경우, UVC와 같은 확립된 비디오 통신 프로토콜의 사용은, 상기 디스플레이 및 제어 유닛을 모바일 형태로 이미 이용 가능한 다수의 다른 접속 솔루션으로 용이하게 이용 가능하게한다. 다른 유선 연결은 DVI (Digital Video Interface), HDMI (High Definition Multimedia Interface), 이더넷 연결 또는 외부 전원 어댑터 연결이 될 수 있으며, 무선 인터페이스는 WiFi (무선 이더넷), 블루투쓰, UWB , 또는 고 대역폭 셀룰러 연결이될 수 있다. 다른 휴대용 또는 비 휴대용 컴퓨팅 및 디스플레이 유닛은, 무선으로 또는 유선 연결로, 휴대용 디스플레이 및 제어 유닛에 연결될 수 있다.
또는, 포커싱 또는 줌 기능을 갖는 비전 시스템이 필요한 경우, 컴팩트 오토 포커스 메카니즘(렌즈 액추에이터)은 카메라(201) 하우징에 통합될 수도 있으며, 여기서 특정 또는 모든 촬상 렌즈(314)는 제어 유닛으로부터의 구동 및 제어 신호로, 카메라 센서에 대해 축 방향으로 이동된다. 또는, 액체 렌즈 (또는 액체 광학 소자)가 이미징 렌즈 (314)에 통합될 수 있으며, 광파워가 제어 유닛에 의해 고속으로 변경된다(또는 액체 광학 소자에 의해 떨림 및 떨림이 고속으로 제거될 수있다). 상기 제어 유닛은, 카메라(201)로부터 제공되는 촬상 데이터와 함께 원격 카메라(201)에서의 진동으로 인한 이미지의 최상의 초점 또는 블러링(blurring)을 검출하도록 프로그램될 수 있고, USB 통신 라인을 통해 오토 포커스, 줌 및 진동 보정 기능을 갖는 제어 장치 내에서, 로컬 카메라 렌즈 모듈인 것처럼 그것을 실행할 수 있다.
단일 사용 몸체, 일회용 말단 섹션(101)에 구현된 완전히 처분 가능하고, 제거 가능하며 플러그 가능한 카메라(201) 및 광원(202)은, 다른 단일 사용 또는 재사용 가능한 의료 장치(1001a), 의료 장치 (1001b), 중공 액세스 장치(1101)의 말단부에 플러그될 수도 있고, 전기 기계적으로 연결될 수 있어, 전력, 통신 및 전개 수단을 위한 플랫 액추에이션 케이블(206)과 플랫 전기 케이블 (207)을 통합하며, 수많은 다기능 이점을 가능하게 한다. 예를 들어, 의료 장치(1001a 또는 1001b)의 말단부 상에 플러그된 플러그 가능한 내시경은, 플러그 가능한 카메라(201) 및 상기 의료 장치 (1001a, 1001b) 또는 중공 액세스 장치(1101)의 광원(202)을 포함하는 말단 섹션(101)의 제거 후에 배치될 수 있는 완전히 밀폐된(에어 타이트) 멸균된 캐비티에 의료 장치(1001a 또는 1001b)에 의한 액체 제제 및 투약의 흡입 및 전달을 위한 수단을 제공할 수도 있으며, 내시경의 동시 시각화 하에서 이러한 기능을 수행한다. 의료 장치(1001a), 의료 장치(1001b) 또는 중공 액세스 장치(1101)로부터 상기 말단 섹션(101)을 분리하는 것은, USB 케이블(106)과 함께 사용되는 외부 전원 및 제어 장치를 차단하고, 따라서 무균 말단 섹션(101) 내의 새로운 보호 카메라(201) 및 광원(202)은, 의료 장치 (1001a), 의료 장치 (1001b) 또는 중공 액세스 장치(1101)의 말단 팁 상에 플러그될 수 있고, 다음 사용을 위한 새로운 전력 및 제어 장치 연결(및 공기, 흡인, 윤활 또는 약물의 외부 공급원)을 만들어, 일회용 의료 장치가 사용되는 체강을 오염시킬 가능성을 제거하는 것이다.
다양한 기능을 갖는, 또는 상이한 스펙트럼의 광을 갖는, 상이한 또는 다수의 카메라(201) 및 광원(202)은, 의료 장치(1001a), 의료 장치(1001b) 또는 중공 액세스 장치(1101)에 연결되거나, 다중 관절 내시경(100)에 사용될 수 있으며, 하나의 전개 가능한 내시경 또는 다수의 전개 가능한 내시경(도 12에 도시된 4와 같은), 다른 의료 도구 또는 포트는 몸체에서 동시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 가시 범위에서 전통적인 이미징을 위해 백색광 조명 또는 다중 스펙트럼 광원(202) (가시 스펙트럼을 커버할 수 있는 개별 칩으로 제어되는 다중 칩 RGB LED를 포함)이 사용될 수있는 반면, 추가적인 딥블루를 갖는 광원(202) 또는 UV 조명 광원(202)은 동일한 전개 가능한 내시경 또는 별도의 전개 가능한 내시경에서 신체 내부의 생체 형광을 유도하는데 사용될 수 있다.
카메라 (201)는 가시적인 촬영과 동시에 대상물로부터의 스펙트럼 방출을 검출하여 조직 유형 및 병변 식별과 같은 대상에 관한 추가 정보를 얻는 센서를 포함할 수있다. IR 조명 광원(202)은 추가적인 심층뷰(in-depth view)를 위해 조직 내부 또는 산란 물질 또는 유체를 관통하여 이미지할 수 있다. 다양한 관통 깊이를 갖는 상이한 UV, 가시 광선 및 IR 파장 조명 광원(202)은 조직 내부의 깊이 의존 이미징을 위해 사용될 수 있다. 2D 이미지에서 캡처된 다양한 스펙트럼 구성 요소는 연속적으로 처리되고 함께 결합되어 신체 내부의 3D 뷰를 재구성할 수 있다.
도 12에 도시된 4개의 전개된 내시경과 같은 다중 영상 내시경으로부터, 다중 방향 시점의 동시 이미지 처리 및 상관관계는, 상기 다중 영상 내시경이 다수의 USB 카메라로서 연결되고 제어되는 공통의 제어 및 디스플레이 유닛에 의해 실시간으로 수행되며, 대상을 3D로 볼 수 있으며 산란 매체(소변 또는 혈액)가 있는 액체를 통해 보다 잘 볼 수 있다. 예를 들어, 4개의 내시경 비디오 출력의 혼합 및 상관 관계는, 서로에 대해 물리적으로 고정된, 약간의 변화하는 시야각에서 단일 포트의 말단 팁에서 동일한 위치를 관찰하면, 상기 제어 및 디스플레이 유닛에 의해 실시간으로 처리되는 상기 결합된 공통 이미지에서 추출되는 상기 카메라들 앞의 분산 매체 (액체)에 의해 생성되는 영상에서 랜덤 노이즈를 허용한다.
도 12에서 동시에 작동하는 4개의 내시경은 유사한 조명 파장을 가질 수 있거나 다양한 조명 파장 및 대역폭에서 작동하여, 각각의 내시경 카메라에 의해 검출된 상이한 유형의 정보를 제공할 수 있다. 별도의 USB 카메라로 4개의 내시경을 실행하는 동일한 제어 및 디스플레이 유닛에 의해 처리되고 표시되는 4개의 비디오 출력의 결합되고 중첩된 이미지는, 따라서 일상적으로 사용되는 전통적인 단일 백색광 내시경으로 물체를 보는 것보다 훨씬 우수한 정보를 제공할 수 있다.
LED 광원(202)은, 자외선으로부터 가시광 및 IR으로, 넓은 범위의 전자기 스펙트럼에서 조명을 제공할 수 있는데, 여기서 각각의 고유한 스펙트럼 파장 범위를 갖는 개별적인 LED 칩은 상기 제어 유닛에서 실행되는 소프트웨어 어플리케이션에 의해 시간 내에 독립적으로 제어될 수 있고, 대응하는 스펙트럼 이미지는 특정 파장 LED 칩이 켜져있는 시간에 개별 센서 캡쳐된 프레임에 기초한 제어 유닛에 의해 독립적으로 처리될 수 있다. 각 LED 스펙트럼 구성 요소는 LED에서 독립적으로 설계되거나, 각 LED 스펙트럼을 독립적으로 처리하여, 청색 또는 UV LED의 2차 포토 발광 프로세스를 통해 또는 상기 광원(202) 내의 다층 유전체 광학 필터 코팅과 같은 에지 또는 밴드 패스 스펙트럼 컬러 필터를 사용하여 얻을 수 있다. 가시 영역에서의 이미징을 위해, 원색의 적색, 녹색 및 청색 LED 칩은, 다중 스펙트럼 LED들이 백색 조명을 함께 형성하는 앰버(amber) 또는 시안(cyan)과 같은 다른 비원색 (non-primary color)이 있거나 없는 광원(202)에서 사용될 수 있으며, 개별 LED를 펄싱하는 개별 LED 드라이브 전자 장치를 조정하여 (드라이브 변조의 펄스 폭을 조정하여 LED 광도를 변경) 제어 유닛에 의해 설정한 특정 색 영역에 부착한다.
광원(202)에 다수의 컬러 LED 칩을 사용하고, 글로벌 셔터가 장착된 흑백 카메라(201)를 동기화된 컬러 컴포넌트 이미지를 획득하는 제어 유닛과 동기화함으로써, 컬러 카메라 칩 또는 고해상도 3 CCD 또는 3 CMOS 이미지 장치의 사용은 제거된다. 이 경우에, 단일 CCD 또는 CMOS 이미지 캡쳐 디바이스가 시간 동기화 방식으로 3 개 이상의 이미지를 캡쳐하는데 사용되며, 각 컬러 컴포넌트 이미지는 각 컬러 이미지의 모든 픽셀을 통합함으로써 전체 이미지 캡쳐 디바이스 해상도를 이용한다. 간단한 흑백 카메라는 특히 3 칩 카메라와 비교할 때 더욱 민감하고 사용하기에 저렴하며, 실제로 LED를 통해 제공되는 동기화된 컬러 조명을 사용하는 동기화된 흑백 이미지 CCD 또는 CMOS의 해상도는 동일한 픽셀 3 칩 카메라에 상응한다.
또한, 컬러 동기화 카메라(201)를 사용하는 것은 말단 섹션 (101)에서 훨씬 더 높은 해상도의 카메라 (201)의 사용을 허용한다. 상기 광원(202) 내의 다수의 LED 칩을 사용하여 다양한 광원(202) 구성이 가능하며, 조명의 균일성, 각도 및 범위는 광원 (202) 내의 LED 칩 또는 광학부의 위치 및 설계에 의해 자유롭게 제어된다. 다양한 고정되고 전개 가능한 구성이 본원에 참고로 인용된 미국 특허 출원 제 11 / 233,684 호에 보다 충분히 개시되어 있다.
대칭 이중 채널, 파장 다중화 기하 광학은, 파장 다중화 내시경(Wavelengh Multiplexing Endoscope) 이라는 제목의 미국 특허 출원 번호 8556806에 개시된 단일 센서를 사용하는 내시경의 입체 3D 구현에서 RGB 조명의 컴플리멘터리 세트와 함께 단일 카메라 센서 앞에 스테레오 목적 어셈블리로 사용될 수 있다.
백색광 조명 장치가 사용되는 현재의 내시경 이미징 시스템에서, 조명 스펙트럼은 광원 및 신체 내부의 대상물에 도달하기 전에 빛이 투과되는 광학 경로에 의해 결정된다. 이어서, 3 색 카메라 (예를 들어, 단일 칩 RGB 카메라 또는 3 칩 RGB 카메라)는 RGB 필터 세트 및 카메라 스펙트럼 감도에 따라 대상물로부터 반사된 광을 캡쳐한다. 이미지 디스플레이 유닛은 캡쳐된 RGB 이미지를 자신의 컬러 필터에 따라 차례대로 디스플레이한다.
IR 칩, UV LED 칩 또는 좁은 스펙트럼 밴드 VCSEL 칩은, 매체 내부의 파장 의존 침투 깊이와 같은 삽입 매체의 전송 및 광학 특성에 기초하여, 또는 이들이 관싱 대상에 미치는 효과(형광 유도와 같은)에 기초하여 광원(202)에서 사용될 수 있다. 진단 화학 제제는 분무될 수 있고(동일한 포트를 통해 삽입된 분무 카테터 또는, 외부 공급원 또는 내부 저장기로부터 튜빙을 통해 일회용 내시경(100)의 말단 팁에서 분무 노즐을 사용하여), 관측중인 장면이 광원(202)으로부터의 특정 파장의 광에 의해 조명 될 때, 제어 유닛으로부터의 명령 및 제어로 센서에 의해 특정 형광 광 파장이 검출되어, 상기 내시경(100)의 시야(FOV)에서 건강한 세포로부터 암세포를 판독하는데 사용된다. 또는, 혈관 내로 주입된 염료로, 적절한 조명 파장을 갖는 내시경(100)은 혈관을 위치시키는 형광 염료를 검출할 수 있다.
광원(202)의 전체 범위의 LED 파장 또는 특정 조명 파장 범위를 갖춘 내시경(100)을 이용하여, 외부 제어 장치와 함께 전자 프로세서에서의 시간 동기화 이미징 프로세스가, 이미지 캡쳐 시, 광원(202)의 상태에 기초하여 다양한 스펙트럼 이미지를 포착하는 동안, 제어된 스펙트럼 이미징 범위 또는 애플리케이션에 따른 이미징의 색 영역에서. 제어 유닛으로 특정 시간에 다양한 LED를 켜고 끄는 것에 의해 대상의 전체 스펙트럼 이미지를 얻을 수 있다. 상기 광원(202)은 동일한 내시경(100) 또는 동시에 다른 포트 및 도구를 사용하여 몸체에 삽입된 유사한 전개 가능한 내시경에서 스위치 온 및 오프될 수 있다.
내시경을 사용하여 섬세하고 정밀한 진단 조작 또는 수술을 행하는 외과 수술의 경우, 카메라(201) 및 광원(202)을 최소 사이즈로 할 수 있을 뿐만 아니라, 해부학적 또는 수술 사이트의 입체 뷰를 위한 확장된 듀얼 USB 장치 연결과 시각 깊이 단서를 갖는 가이드와 추가 정밀도를 위한 3D보기를 갖춘, 선택적으로 또는 추가로 2개 이상의 소형 카메라 시스템(동일한 FOV를 향하는)을 수용할 수 있다.
일회용 소형 고체 상태 카메라(201) 및 광원(202)을 다중 관절 내시경(100)의 전개 가능한 말단 섹션(101)에 통합하거나 또는 자체의 힘을 위한 수단없이 단단하고 유연한 외과용 일회용 액세스 장치 본체에 통합하여, 장치 장착 디스플레이, 및 휴대용 장치에 사용되는 대형 배터리를 제거할 뿐만 아니라, 비용이 많이 드는 광원을 대체하고, 긴 광섬유 광 가이드 광원(202)은 조명광을 광원(202)로부터 스코프에 전달하도록 가이드하고, 상기 조명 광은 스코프 내부로 안내하기 때문에, 기존의 내시경에 사용되는 기존의 램프 및 섬유 가이드 시스템에 비해 비용면에서 유리하다. LED 광원, 이미지 센서 및 드라이브 전자 장치에는 낮은 레벨의 전원이 필요하다. 카메라(201)와 광원(202)의 전기적 접속 및 그들의 제어는 화상 회의에서 잘 확립된 모바일 웹 카메라 애플리케이션을 사용하여 USB 유형 통신 및 전력 프로토콜을 사용하는 것이 훨씬 용이하다.
내시경(100)에 대해 전력 및 LED 제어 신호만 제공될 필요가 있어, 스코프에 대한 무겁고 부피가 큰 배터리 및 광섬유 조명 케이블 연결을 제거하며, 언제 어디서든지 완전 무균 상태에 있는 장치의 기동성, 휴대성 및 가용성 및 내구성을 향상시킬 수 있다. 플렉시블 다중 관절의 몸체를 갖는 플랫 액추에이션 케이블(206) 및 플랫 전기 케이블(207)의 낮은 프로파일 및 유연성은 동일한 포트 또는 인접 포트에 사용되는 다른 장치의 기동성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 카메라(201) 및 광원(202)은 충격 및 진동, 또는 극한의 환경 조건에 대해 보다 견고하고, 광섬유 조명, 매번 사용 후 청소 및 멸균되어야 할 필요가 있는 내시경에 사용되는 전통적인 광학 장치보다 실질적으로 무한 저장 수명 및 신뢰성이 있어, 외부 카메라 시스템의 필요성을 제거한다.
본 발명의 일부 실시 예에서, 일회용 입체 액세스 장치 또는 포트(701)에서 입체 시청을 획득하기 위해 카메라(201a 및 201b) 및 광원(202)은 단일 플러그 가능한 모듈 내에 포함된다. 이들 및 다른 실시 예에서, 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은 상기 카메라(201) 및 광원(202)에 전력을 공급하는 데 필요한 모든 제어 전자 장치 및 소프트웨어를 수용하는데 사용될 수 있다.
또한, 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은 데이터 전송 제어뿐만 아니라(온보드 조명을 갖춘 하나 이상의 웹 카메라를 구동하는 USB 호스트와 같은 표준 네트워크 장치 프로토콜을 사용하여) 모든 이미지 프로세싱 및 / 또는 디스플레이 기능을 포함할 수 있다. 예를 들어, 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은 카메라(201) 및 광원(202)에서 (개별적으로, 동시에 또는 제시간에) 다수의 LED 소스의 조명 및 / 또는 이미징 제어를 제공하는 조명 및 이미징 제어 전자 장치를 포함할 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은 카메라(201)로부터 수신된 이미지 데이터의 이미지 프로세싱을 제공하고, 자동 초점을 수행하거나, 스프레이 노즐로부터 사이트으로 약물 및 화학 약제 전달을 개시하는 이미지 프로세싱 전자 장치를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은 의료 시설 내의 고정 된 위치에서 사용되는, 또는 LCD, 터치 스크린 또는 2D 또는 3D(예를 들어, 입체) 이미지를 디스플레이할 수 있는 다른 디스플레이 유닛이 있는 모바일 애플리케이션으로서 사용되는 휴대용 디스플레이 유닛일 수 있다. 상기 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은, 입력 장치(예를 들어, 카메라 (201) 및 광원 (202))에 대한 유선 또는 무선 연결을 통해 사용자가 디지털 스마트 시계, 아이 글라스 또는 휴대 전화로서 선택적으로 또는 추가로 착용할 수 있다. 사용자가 웨어러블 글라스 상에서 2D 또는 3D 스테레오 이미지 및 비디오를 관측하거나, 사용자의 팔에 장착된 디스플레이를 보거나, 사용자의 목에 매달거나, 또는 다른 방식으로 사용자 또는 환자에게 장착(클리핑)하여 편리하게 볼 수 있다.
일부 실시 예에서, 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은, 전원 케이블을 사용하여 전기적으로 전력을 공급받을 수 있고, 내시경 비전 시스템을 호스트 컴퓨터 또는USB 포트가 장착된 별도의 의료 시스템에 연결하는 광학 USB 케이블로 충전식 또는 일회용 배터리를 사용할 수 있으며, 내시경의 영상을 TV 디스플레이에 표시하는TV셋탑 박스(HDMI, USB, 이더넷 인터페이스가 있는 저렴한 비용의 소형 Android 컴퓨터와 같은)에 연결할 수 있다. 유사한 가능한 실시 예에서, 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛의 전력 공급은, 전력 케이블 또는 배터리로부터의 것이든 간에, 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛 뿐만 아니라 상기 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛이 USB 케이블(106)을 통해 부착되는 카메라(201) 및 광원(202)에 전력을 제공한다. 단일 카메라(201) 또는 복수의 카메라(201a 및 201b), 및 광원(202)은 (USB 허브와 같은 연결을 사용하여) 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛에 연결될 수 있으며, 연결된 모든 카메라(201) 및 그것이 연결된 광원(202)에 대한 완전한 조명 및 이미지 캡처의 동기화된 제어를 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은, 그것의 하우징 내에 자기 및 / 또는 전기적 저장 장치가 있는 로컬 및 전송 가능한 이미지 및 비디오 저장을 위한 수단을 제공 할 수도 있다.
사용자 인터페이스는 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛 상에 제공될 수 있으며, 하드 또는 소프트 전자 키, 마우스 또는 조이스틱, 터치 스크린 및 / 또는 음성 활성 명령 전자 장치를 포함할 수 있다. 상기 사용자 인터페이스는 이미지 및 비디오 데이터를 조정, 제어, 디스플레이, 처리, 전송, 저장 또는 검색하는데 사용될 수 있다. 상기 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은 내시경을 전개 또는 관절 화시키기 위해 플랫 액추에이터 케이블(206)을 전기 기계적으로 작동시킬 수도 있다. 상기 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은, 선택적으로 또는 부가적으로 일반적인 휴대용 의료 디스플레이 및, 휴대 전화, 무선 또는 음성 활성화 기능을 갖는 미니 컴퓨터, 모바일 인터넷 장치(MID), GPS 유닛, PDA (personal digital assistant), 필기 디바이스, 받아쓰기 디바이스, 화상 회의 디바이스 중 하나 이상으로서 사용되는 다기능 유닛을 포함할 수 있다.
하드 또는 소프트 전자 키, 마우스 또는 조이스틱, 터치 스크린, 및 음성 작동 식 명령 전자 회로를 포함하는 전술한 사용자 인터페이스 장치는, 내시경 기능을 통신적으로 제어하고 비디오 형태를 하나 이상의 내시경을 멀티 윈도우 디스플레이 솔루션으로 적절하게 표시하기 위해, 모두 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛에 포함될 수 있는 입력 및 / 또는 출력 수단의 예로서 제공된다. 상기 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은 프로세서, 마이크로 프로세서, 제어기 등과 같은 컴퓨팅 수단을 선택적으로 또는 부가적으로 포함할 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 상기 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은 셀룰러 통신 성능 및 / 또는 무선 접속성을 포함할 수 있다.
입체 또는 3D 이미지 캡쳐를 포함하는 일부 실시 예에서, 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은, 의료 장치 비전 모듈로부터 비디오의 시간 -동기화된 좌측 및 우측 프레임을 교대로 디스플레이할 수 있으며, 여기서, 사용자의 좌측 및 우측 눈의 앞에 있는 한 쌍의 시간 - 동기화된 액정 셔터는, 각각의 눈이 대응하는 교대하는 입체 영상을 볼 수 있게한다. 이러한 실시 예에서, 휴대용 제어 및 디스플레이 장치에 3D 디스플레이된 데이터를 보면서, 3D 뷰 액정 셔터 안경이 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛에 무선 인터페이스(예를들어, IR 연결, 블루투스) 또는 하드 와이어 연결을 통해 수신되는 타이밍 신호를 통해 상기 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛과 시간 동기화되는 동안, 사용자는 프레임과 함께 3D 뷰 시간 -동기화된 셔터 안경을 착용할 수 있다.
또는, 분리되고 서로 겹치지 않는 대역 통과 RGB 필터된 안경은, 2 개의 내시경이 제공하는 3D 이미지를 볼 수 있으며, 각각의 내시경에는 각기 다른 겹치지 않는 대역 통과 RGB 조명이 장착된다. 두 세트의 비중첩 RGB 광원(202)은 도 4의 2 개의 카메라 (201a 및 201b) 앞에 RGB 대역 통과 필터 세트와 함께 사용될 수 있으며, 일치하는 비중첩 RGB 대역 통과 필터 세트는, 사용자가, 자체 일치하는 비중첩 RGB 백라이트 조명과 함께 교대하는 RCB 좌 및 우 이미지의 두 세트를 차례로 표시하는 단일 LCD 모니터에서 3D 이미지를 시청하도록 사용될 수 있다.
휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은 평면 패널 LCD 스크린, 터치 스크린, 또는 특수한 (편광된) 안경을 갖거나 또는 가지지 않는 3D 입체 영상을 디스플레이할 수 있는 유기 LED 디스플레이, 3D LCD와 같은 다른 적절한 스크린을 포함할 수 있다. 별도의 무균 일회용 커버가 휴대용 컨트롤 및 디스플레이 유닛을 드레이핑하여 모든 사용자 인터페이스 및 전기 연결 기능을 유지할 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 상기 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은 그것의 크기, 함께 사용되는 의료기구의 유형, 의료 절차의 유형, 절차가 수행되는 위치, 및 사용자 인터페이스 필요의 유형에 따라 다수의 위치 설정 및 부착 가능성을 가질 수 있다. 고정된 오피스 또는 수술 환경에서, 상기 휴대용 컨트롤 및 디스플레이 유닛은, 제거가능하고 휴대가능한 형식으로, 벽에 부착되거나, IV 포스트에 장착되거나, 환자 커버나 드레이프에 클립으로 고정되거나, 기울임, 회전 및 잠금 기능을 사용하여 프레임 구조에 매달릴 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 상기 고정된 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은, 카메라(201) 및 광원(202)을 제어하고 및 / 또는 카메라(201)에 의해 캡쳐된 이미지 데이터를 디스플레이하고, 다른 디스플레이 유닛 또는 TV에 무선으로 데이터를 전송하기 위해 사용될 수 있다.
또는, 제어 및 디스플레이 유닛은 음성 활성 제어 장치로, 비디오의 2D 및 3D 시청에 사용될 수 있는 스마트 디스플레이 안경일 수 있다. 사용자에 의해 사용되는 액티브 2D / 3D 안경은 구리 또는 광섬유 USB 케이블을 사용하여 USB 케이블 (106)에 연결된 내시경에 연결되거나 내시경 광원(202) 및 카메라(들)(201)에 전원을 공급하는 제어 유닛과 비디오 신호를 무선으로 통신한다.
일부 실시 예에서, 휴대용 제어 및 디스플레이 유닛은 웨어러블 부착 장치를 통해 사용자의 팔 또는 손목에 부착되거나 또는 컴퓨터상의 보드와 함께 스마트 시계로 부착되는 웨어러블 장치일 수 있다. 보다 상세하게는, 넓은 팔찌, 손목 밴드 또는 지지 구조물은 벨크로 (Velcro) 재료로 제조될 수 있으며, 짝을 이루는 벨크로 (Velcro) 스트립이 상기 휴대형 제어 및 디스플레이 유닛 또는 그 일회용 커버 뒤에 고정될 수 있다. 벨크로 암(arm) 밴드는 사용자의 팔 또는 손목에 휴대형 제어 및 디스플레이 유닛의 조절 가능한 부착 또는 착용을 위해 사용될 수 있다.
일부 실시 예에서, 일회용, 강성 또는 가요성 내시경은 조명을 위해 LED를 사용할 수 있고, 고체 상태 레이저 다이오드(LD) 또는 VSCEL은, 선택적으로 또는 부가적으로 카메라(201) 및 광원(202) 내에서 또는 플러그형 단일 사용 말단부에서 독립적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 적외선(IR) 이미징은 가까운 조직 진단 및 수술 절차를 조명하기 위해 IR 고체 광원을 사용한다. IR 검출기와 수정된 광학 필터 또는 편광자가 있는 특수 이미지 센서를 인간의 조직, 혈액 또는 소변과 같은 다른 체액에서 상당한 침투 깊이가 있는 IR 광원과 함께 조직 및 혈액 이미징을 위해, 카메라 및 광원의 일부로 사용할 수 있다.
광원으로 다양한 파장의 LED 칩(UV, 가시 스펙트럼 또는 IR)을 사용하여, 동시에 또는 여러 시간 창에서 스펙트럼 이미징을 수행할 수 있으며, 또한 스프레이 노즐을 사용하여 특정 진단 에이전트로 사이트를 분무하여, 광원으로부터의 특정 조명 파장 하에서, 세포의 생체 형광 특성과 관련된 조직 진단 또는 형광 주입된 염료를 운반하는 정맥(vein) 이미징이 관찰 중인 영역에서 수행 될 수 있다. 내시경의 관찰하에 있는 수술 영역은 2차 장치(904) 또는 포트에 삽입된 노즐과 같은 의료 장치(1001)로부터, 사이트에 분무된 약물로 국소 마취되거나 마비될 수 있다. 추가의 보조 장치(904)는 도 9의 포트(701)를 통해 삽입 및 사용될 수있는 생검 바늘 또는 혈액 응고 장치와 같은 수술 도구를 포함한다.
본 발명은 그 사상 또는 본질적인 특성을 벗어나지 않고 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다. 설명된 실시 예들은 모든 면에서 단지 예시적인 것으로서 제한적이지는 않다. 그러므로, 본 발명의 범위는 전술한 설명보다는 첨부된 청구 범위에 의해 표시된다. 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에 있는 모든 변경은 그 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (27)

  1. 2차 섹션에 대해 힌지 회전을 가지고, 디바이스의 말단 섹션 측에 제1 개구 및 제2 개구를 형성하는 전개 가능한 하우징;
    상기 하우징에 결합된 상기 제1 개구 내에 배치된 광원 - 상기 광원은 체강을 조명하기 위한 것임-;
    상기 하우징에 결합된 상기 제2 개구 내에 배치된 디지털 카메라 센서 -상기 카메라는 이미지들을 캡쳐링하기 위한 것임-;
    상기 2차 섹션 내의 제어 유닛; 및
    상기 디지털 카메라 센서 및 상기 광원에 전기적으로 연결되는 제1 얇은 플랫 케이블 및 제2 얇은 플랫 케이블을 포함하며, 상기 제1 얇은 플랫 케이블 및 상기 제2 얇은 플랫 케이블은 상기 디지털 카메라 센서 및 광원에 전력을 제공하고, 제어 및 비디오 신호를 상기 제어 유닛으로부터 상기 디지털 카메라 센서로 그리고 상기 디지털 카메라 센서로부터 상기 제어 유닛으로 전송하는 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 얇은 플랫 케이블 또는 상기 제2 얇은 플랫 케이블 또는 제3 얇은 플랫 케이블은, 상기 말단 섹션에 물리적으로 고정되고, 인접 섹션에서 텐션 스프링과 조정 가능하게 연결되며, 상기 말단 섹션 회전 힌지를 상기 디바이스의 중간 섹션으로부터 특정 각도로 홀딩하는 디바이스.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 디바이스의 상기 말단 섹션 및 상기 인접 섹션 사이에 추가적인 회전 힌지들을 더 포함하는 디바이스.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제1 얇은 플랫 케이블은 상기 회전 힌지의 상부에 배치되고, 상기 제2 얇은 플랫 케이블은 상기 말단 섹션의 상기 회전 힌지의 하부에 배치되며, 상기 제1 얇은 플랫 케이블을 인접하게 당김으로써 상기 디바이스를 폐쇄(close)하고, 상기 제2 얇은 플랫 케이블을 당김으로써 상기 디바이스를 개방(open)하는 디바이스.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제1 얇은 플랫 케이블 및 상기 제2 얇은 플랫 케이블은 상기 디지털 카메라 센서의 MIPI 직렬 출력을 상기 인접 전자장치들에 전달하고, 상기 인접 전자장치에서 UBS UVC 포맷 비디오 출력으로 변환되는 디바이스.
  6. 제 1항에 있어서, 이미지들을 캡쳐링하기 위한 투명 영역(clear area)을 유지하기 위해서 상기 카메라 렌즈 위에 쉴드(shield)를 형성하는 에어 제트(air jet)를 방출하는 미세관(micro-tubing)을 더 포함하는 디바이스.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 카메라는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 센서를 갖는 디지털 카메라를 포함하는 디바이스.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 광원은 다양한 파장의 발광 다이오드 또는 VCSEL을 포함하는 디바이스.
  9. 2차 섹션에 대해 힌지를 중심으로 회전하고, 디바이스의 말단 섹션에서 상부 하우징 및 하부 하우징으로 분할되는 전개 가능한 원통형 하우징;
    상기 하부 하우징은,
    체강을 조명하기 위한 광원; 및
    이미지들을 캡쳐링하기 위한 카메라;를 더 포함하고,
    상기 상부 하우징은,
    조명 창(illumination window)를 상기 광원에 제공하기 위한 제1 개구; 및
    이미지들을 캡쳐하기 위한 창(window)을 상기 카메라에 제공하기 위한 제2 개구를 더 포함하는 디바이스.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 원통형 하우징의 상기 말단부는 용이한 삽입을 위해 둥글게 된 디바이스.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 하부 하우징은, 상기 디바이스의 중간 섹션을 결합하는 회전 핀들을 구비한 얇은 스테인리스 스틸 판금, 및 상기 상부 하우징을 위한 잠금 메커니즘으로 만들어지는 디바이스.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 상부 하우징은, 개구가 상기 광원 및 상기 카메라의 위치에 정렬되고 고정하는 마이크로 몰드 플라스틱으로 만들어지는 디바이스.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 하부 하우징 및 상기 상부 하우징은, 상기 디바이스의 상기 말단 섹션 및 상기 중간 섹션 사이의 연결부에서 피봇핀 상에 걸리는 래치 매커니즘(latch mechanism)을 이용하여 서로 결합되는 디바이스.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 하부 하우징은, 상기 광원 아래에 배치된 히트 싱크 매커니즘(heat sink mechanism)을 포함하는 디바이스.
  15. 2 개의 단부 및 원통형 표면을 갖는 연장된 말단 섹션;
    하나 이상의 플렉서블 플랫 케이블을 수용하고, 상기 연장된 말단 섹션의 인접 단부에서 상기 연장된 말단 섹션에 연결된 가요성 또는 부분적으로 강성인 2차 섹션- 상기 연장된 말단 섹션이 상기 2차 섹션에 대해 힌지를 중심으로 회전할 수 있음-;
    상기 연장된 말단 섹션 내의 제1 개구;
    상기 연장된 말단 섹션 내의 제2 개구;
    상기 제1 개구를 통해 이미지들을 캡쳐하도록 상기 연장된 말단 섹션 내에 배치된 제1 카메라;
    상기 제2 개구를 통해 빛을 방출하도록 상기 연장된 말단 섹션 내에 배치된 광원; 을 포함하는 체강 내에 삽입하기 위한 디바이스.
  16. 제 15항에 있어서, 얇은 관형 가요성 멤브레인(thin tubular flexible membrane)이 상기 2차 섹션에 배치되는 디바이스.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 2차 섹션은, 힌지 연결부를 중심으로 서로에 대해 회전하도록 함께 결합된 중간 섹션 및 인접 섹션을 포함하는 디바이스.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 중간 섹션은, 하나 이상의 가요성 플랫 케이블의 자유 운동을 허용하는 낮은 마찰 채널(들)을 포함하는 얇은 것인 디바이스.
  19. 제 15항에 있어서, 상기 2차 섹션은, 스테인리스 용접 핀으로 판금을 형성하는 얇은 스테인리스 스틸을 포함하는 디바이스.
  20. 제 16항에 있어서, 상기 얇은 관형 가요성 멤브레인은, 상기 중간 섹션에 부착되어, 상기 중간 섹션에 대해 상기 얇은 관형 가요성 멤브레인의 상기 말단부에 개구를 포함하고, 상기 중간 섹션에 대해 상기 얇은 관형 가요성 멤브레인의 상기 인접 단부에 기밀 밀봉(air tight seal)을 포함하는 디바이스.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 얇은 관형 가요성 멤브레인은, 공기 주입 트랩(insufflation air trap)으로서 사용되는 디바이스.
  22. 제 15항에 있어서, 삽입 튜브- 상기 삽입 튜브의 확대된 인접 단부가 포트용 플러그로서 작용하도록 함-; 를 더 포함하고, 상기 얇은 관형 가요성 멤브레인이 상기 포트를 통과하는 동안 상기 얇은 관형 가요성 멤브레인의 말단 강성 튜브는 상기 얇은 관형 가요성 멤브레인을 보호하는 디바이스.
  23. 제 17항에 있어서, 상기 인접 섹션은 제어 유닛을 포함하는 디바이스.
  24. 제 23항에 있어서, 전개(deployment) 및 관절(articulation) 플랫 케이블은, 일단부에서 상기 제어 유닛 내부의 텐션 스프링에 연결되고, 타단부의 상기 연장된 말단 섹션에서 판금 하우징 내부에 고정되는 디바이스.
  25. 제 23항에 있어서, 제1 가요성 플랫 케이블 및 제2 가요성 플랫 케이블은, 상기 제1 카메라, 제2 카메라 및 상기 광원에 전류를 제공하고, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라로 신호를 제어하며, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라에서 상기 제어 유닛 내부의 제어 전자 보드로 MIPI 신호를 전송하는 디바이스.
  26. 제 23항에 있어서, USB 허브 전자장치는, 상기 카메라 및 상기 광원을 독립적인 USB 장치로서 제어하기 위해 상기 인접 제어 유닛 내부에 구성되는 디바이스.
  27. 제 15항에 있어서, 상기 인접 섹션에 결합된 USB 인터페이스를 더 포함하고, 상기 USB 인터페이스는 상기 광원, 상기 제1 카메라에 전력을 제공하고, 이미지들 및 비디오를 제3 디바이스를 통해 표시하도록 구성되는 디바이스.
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