KR20200034752A - 내시경, 케이블 및 모니터를 포함하는 내시경 시각화 시스템 - Google Patents

내시경, 케이블 및 모니터를 포함하는 내시경 시각화 시스템 Download PDF

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Abstract

내시경 시각화 시스템은 내시경 서브시스템; 상기 내시경 서브시스템으로부터 연장되는 적어도 하나의 전기 케이블; 및 모니터 서브시스템을 포함하고, 상기 내시경 서브시스템은, 광학 채널 및 조명 채널을 구비하는 내시경; 상기 광학 채널로부터 광을 수신하도록 동작 가능하게 커플링된 이미지 센서; 및 상기 조명 채널을 통해 광을 전송하도록 동작 가능하게 커플링된 솔리드-스테이트 광원을 포함하고, 상기 모니터 서브시스템은, 내부 공간을 정의하는 프레임; 디스플레이 스크린; 및 상기 내시경 서브시스템에 연결된 상기 적어도 하나의 전기 케이블을 수용하도록 구성된 적어도 하나의 포트를 포함한다.

Description

내시경, 케이블 및 모니터를 포함하는 내시경 시각화 시스템
본 출원은 2017년 7월 25일에 출원된 미국 가출원 제62/536,540에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 내시경, 케이블 및 모니터를 포함하는 내시경 시각화 시스템에 관한 것이다.
실제로 내시경 시스템은 모니터, 광원, 카메라 제어 유닛, 및 이미지 센서, 내시경 및 카메라 헤드를 포함할 수 있는 핸드-헬드 부분(hand-held portion)과 같이 협력하여 동작하는 적어도 4 개의 개별 디바이스를 종종 포함한다. 이미지 센서는 내시경(전형적으로, 칩-온-팁(chip-on-tip) 내시경 유형)에 배치될 수 있거나, 또는 광학 유형의 내시경에 광-기계적으로 커플링된 카메라 헤드 내에 배치될 수 있다. 내시경은 전형적으로 수술 부위(surgical sight)로의 광 에너지의 전송을 위한 조명 채널, 및 이미지 센서 상에 광학 이미지의 형성을 위한 광학 채널을 포함한다. 사용시, 내시경의 말단부(distal end)가 환자의 체강 내로 삽입된다. 광은 상기 광원으로부터, 상기 광원으로부터 상기 내시경의 조명 채널로 광을 운반하는 광학 광 가이드(optical light guide)를 통해, 상기 체강으로 들어간다. 광은 신체 내부(body internals)에서 반사되고, 이미지는 내시경 또는 카메라 헤드 내에 배치된 이미지 센서 상에 형성된다. 이미지 센서에 의해 생성된 원시 비디오 신호는 전기 케이블을 통해 카메라 제어 유닛으로 전송된다. 상기 카메라 제어 유닛은 이미지 처리, 향상 및 포맷(formatting)을 표준화된 비디오 포맷으로 적용하고, 상기 비디오 케이블을 통해 상기 디스플레이 모니터에 상기 이미지를 전달한다. 외과의는 디스플레이 모니터 상의 신체 내에서 자신의 동작을 관찰한다.
이들 장치 중 적어도 3 개(모니터, 카메라 제어 유닛, 및 광원)은 수술실 내의 스탠드 상에 장착된다. 상기 핸드-헬드 부분은 상기 광원 및 상기 카메라 제어 유닛에 분리되어 부착되고, 상기 카메라 제어 유닛은 그 자체가 상기 모니터에 연결된다.
그 결과로, 전형적인 내시경 시스템은 비용이 많이 들며 수술실 내의 카트 및 선반 공간을 차지한다.
따라서, 수술을 수행하기 위해 필요한 장치의 비용 및 수를 감소시키는 내시경 시스템이 본 기술 분야에서 필요하다.
본 개시는 일반적으로 내시경, 및 카메라 제어 유닛, 광원 구동기, 또는 둘 모두를 수용하는(houses) 모니터를 포함하는 내시경 시스템에 관한 것이며, 이에 따라서 수술을 수행하기 위해 전형적으로 요구되는 분리된 장치들 중 하나 또는 두 개의 분리된 장치들을 제거한다. 결과적인 통합 내시경 시스템은 복잡성, 비용 및 공간을 감소시킨다.
일 측면에 따르면, 내시경 시각화 시스템(endoscopic visualization system)은 내시경 서브시스템(endoscopic subsystem); 상기 내시경 서브시스템으로부터 연장되는 적어도 하나의 전기 케이블; 및 모니터 서브시스템(monitor subsystem)을 포함하고, 상기 내시경 서브시스템은, 광학 채널(optical channel) 및 조명 채널(illumination channel)을 구비하는 내시경; 상기 광학 채널로부터 광을 수신하도록 동작 가능하게 커플링된 이미지 센서(image sensor); 및 상기 조명 채널을 통해 광을 전송하도록 동작 가능하게 커플링된 솔리드-스테이트 광원(solid-state light source)을 포함하고, 상기 모니터 서브시스템은, 내부 공간(inner compartment)을 정의하는 프레임(frame); 디스플레이 스크린; 및 상기 내시경 서브시스템에 연결된 상기 적어도 하나의 전기 케이블을 수용하도록 구성된 적어도 하나의 포트(port)를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 솔리드-스테이트 광원은 상기 적어도 하나의 전기 케이블을 통해 수신된 광원 구동 신호(light source driving signal)에 의해 전력을 공급받는다.
일 실시예에서, 상기 솔리드-스테이트 광원의 밝기(brightness)는 상기 광원 구동 신호에 따라 동적으로 제어된다.
일 실시예에서, 상기 모니터 서브시스템의 상기 내부 공간 내에 배치되고, 상기 광원 구동 신호를 생성하도록 구성된 광원 구동기(light source driver)를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 광원 구동기는 정전류 구동기(constant current driver)를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 광원 구동기는 벅 변환기(buck converter)를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 케이블은, 상기 구동 신호를 운반하기 위한 제1 케이블을 포함하고, 상기 제1 케이블은 상기 적어도 하나의 포트의 제1 포트에 수용되고, 상기 제2 케이블은 상기 적어도 하나의 포트의 제2 포트에 수용된다.
일 실시예에서, 상기 제2 케이블은 상기 이미지 센서로부터 이미지 신호(image signal)를 수신하도록 동작 가능하게 연결된다.
일 실시예에서, 상기 모니터 서브시스템은, 상기 모니터 서브시스템의 상기 내부 공간 내에 배치되고, 상기 이미지 신호를 수신하고 상기 이미지 신호를 처리하도록 구성된 제어기(controller)를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 디스플레이 스크린은 상기 처리된 이미지 신호에 따라 이미지를 디스플레이하도록 구성된다.
다른 측면에 따르면, 내시경 시각화 시스템은 내시경 서브시스템; 상기 내시경 서브시스템으로부터 연장되는 적어도 하나의 전기 케이블; 및 모니터 서브시스템을 포함하고, 상기 내시경 서브시스템은, 광학 채널 및 조명 채널을 구비하는 내시경; 상기 광학 채널로부터 광을 수신하도록 동작 가능하게 커플링된 이미지 센서; 및 상기 조명 채널을 통해 광을 전송하도록 동작 가능하게 커플링된 솔리드-스테이트 광원을 포함하고, 상기 모니터 서브시스템은, 내부 공간을 정의하는 프레임; 상기 내부 공간 내에 배치되고, 광원 구동 신호를 생성하도록 구성된 광원 구동기; 디스플레이 스크린; 상기 내시경 서브시스템에 연결된 상기 적어도 하나의 전기 케이블을 수용하도록 구성된 적어도 하나의 포트를 포함하고, 상기 광원 구동 신호가 상기 적어도 하나의 전기 케이블을 통해 상기 내시경 서브시스템으로 전달되도록, 상기 적어도 하나의 포트가 상기 광원 구동 신호를 수신한다.
일 실시예에서, 상기 광원에 전력이 공급되고, 상기 광원의 밝기는 상기 광원 구동 신호에 의해 동적으로 제어된다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 케이블은, 상기 구동 신호를 운반하기 위한 제1 케이블을 포함하고, 상기 제1 케이블은 상기 적어도 하나의 포트의 제1 포트에 수용되고, 상기 제2 케이블은 상기 적어도 하나의 포트의 제2 포트에 수용된다.
일 실시예에서, 상기 제2 케이블은 상기 이미지 센서로부터 이미지 신호를 수신하도록 동작 가능하게 연결된다.
일 실시예에서, 상기 모니터 서브시스템은, 상기 모니터 서브시스템의 상기 내부 공간 내에 배치되고, 상기 이미지 신호를 수신하고 상기 이미지 신호를 처리하도록 구성된 제어기를 더 포함한다.
다른 측면에 따르면, 내시경 시각화 시스템은, 내시경을 포함하고, 적어도 하나의 제1 케이블의 제1 단부(end)에 연결되는 내시경 서브시스템; 적어도 하나의 제2 케이블의 제1 단부에 연결되는 모니터 서브시스템; 적어도 하나의 제1 케이블의 제2 단부 및 적어도 하나의 제2 케이블의 제2 단부에 연결되는 종단 어댑터(terminating adapter)를 포함하고, 터미네이터(terminator)는 상기 적어도 하나의 제1 케이블과 상기 적어도 하나의 제2 케이블 사이에서 신호를 전달하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제2 케이블은 상기 종단 어댑터가 상기 모니터로부터 원격으로 위치되는 것을 허용하도록 치수화된다(dimensioned).
일 실시예에서, 상기 종단 어댑터는 상기 모니터로부터 구조체(structure)에 원격으로 장착된다.
일 실시예에서, 상기 종단 어댑터는 붐(boom) 또는 카트(cart)에 장착된다.
일 실시예에서, 종단 어댑터는 적어도 하나의 케이블이 환자로부터 하강하도록(descends) 장착된다.
일 실시예에서, 종단 어댑터는 신호를 증폭하기 위한 증폭기를 포함한다.
일 실시예에서, 신호는 모니터 서브시스템의 프레임에 배치된 광원 구동기에서 시작하는(originating) 광원 구동 신호이며, 광원 구동 신호는 광원 구동기로부터 적어도 하나의 제1 케이블로 전달되고, 광원 구동 신호는 내시경에 동작 가능하게 연결된 솔리드-스테이트 광원에 전력을 공급한다.
일 실시예에서, 신호는 내시경에 동작 가능하게 연결된 이미지 센서에서 발생하는 이미지 신호이고, 광원 구동기로부터 적어도 하나의 제2 케이블로 전달되는 이미지 신호는 모니터 서브시스템의 프레임 내에 배치된 제어기에 수신된다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 제1 케이블은 제1 케이블 및 제2 케이블을 포함하고, 제1 케이블은 제1 포트에 의해 종단 어댑터에 연결되고, 제2 케이블은 제2 포트에 의해 어댑터에 연결되고, 적어도 하나의 제2 케이블은 제3 케이블 및 제4 케이블을 포함하고, 제3 케이블은 제3 포트에 의해 종단 어댑터에 연결되고, 제4 케이블은 제4 포트에 의해 어댑터에 연결되며, 상기 종단 어댑터는 상기 제1 케이블과 상기 제3 케이블 사이에서 상기 신호를 전달하고, 상기 제2 케이블과 상기 제4 케이블 사이에서 제2 신호를 전달하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 신호는 광원 구동 신호이고, 제2 신호는 이미지 신호이다.
본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명에 제시될 것이며, 부분적으로는 아래의 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면을 포함하여 본 명세서에 기술된 바와 같은 본 발명을 실시함으로써, 그 기술로부터 본 기술 분야의 당업자에게 기꺼이 명백할 것이다.
도면에서, 같은 참조 부호는 일반적으로 상이한 도면들 전체에 걸쳐 동일한 부분을 지칭한다. 또한, 도면은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니며, 대신에 본 발명의 원리를 예시하도록 강조된다.
도 1은 예시적인 내시경 시각화 시스템의 블록도이다.
도 2는 예시적인 내시경 서브시스템의 사시도이다.
도 3은 예시적인 내시경 시각화 시스템의 분해도이다.
도 4는 예시적인 내시경 시각화 시스템의 사시도이다.
도 5는 예시적인 내시경 시각화 시스템의 블록도이다.
도 6은 예시적인 내시경 시각화 시스템의 분해도이다.
도 1을 참조하면, 예시적인 내시경 시각화 시스템(10)의 블록도가 도시된다. 예를 들어 내시경 시각화 시스템(10)은 카메라 제어 유닛(14), 광원 구동기(16), 및 디스플레이 전자 장치(54)를 수용하는 모니터 서브시스템(12)을 포함한다. 모니터 서브시스템(12)은 또한 케이블 터미네이터(cable terminator)(56)를 포함할 수 있고, 내시경 서브시스템(26)으로의 연결을 위해 케이블(22, 24)을 수용하기 위한 포트(18, 20)(예를 들어, 도 3에 도시됨)를 포함할 수 있다. (예를 들어, 도 2에 도시된) 내시경 서브시스템(26)은 예를 들어 케이블(24 및 25)을 통해 카메라 제어 유닛(14)으로 전송하고, 카메라 제어 유닛(14)으로부터 수신하도록 구성된 카메라 헤드(28), 및 케이블(22 및 23)을 통해 전달되는 구동 신호를 통해 광원 구동기(16)에 의해 구동되는 광원(40)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 내시경 서브시스템(26)은 카메라 헤드(28), 광학 커플러(optical coupler)(32), 및 본체(body)(30)를 갖는 내시경(34)을 포함하고, 샤프트(shaft)(36)는 말단부(distal end)(38)에서 종단하는(terminating) 본체(30)로부터 연장된다. 샤프트(36)는 강성(rigid)이거나 또는 가요성(flexible)일 수 있다. 샤프트(36)는 자연적으로 존재하거나 또는 외과적으로 생성되는지 여부에 관계없이 환자의 체강 내로 진행될(advanced) 수 있는 크기로 또한 될 수 있다. 내시경(34)은 통상적으로 (예를 들어, 광원(40)으로부터) 수술 부위로의 광 에너지의 전송을 위한 조명 채널, 및 이미지 센서 상에 광학 이미지의 형성을 위한 광학 채널을 정의한다.
상술한 바와 같이, 내시경 서브시스템(26)은 광원(40)을 포함할 수 있다. 광원(40)은 내시경이 삽입되는 체강(bodily cavity)을 비추기에(illuminate) 충분한 광을 방출하는 장치이다. 예시적인 실시예에서 광원(40)은 다른 유형의 광원에 비해 크기, 효율 및 밝기의 이점을 제공하는 LED이지만, 또 다른 실시예에서 광원(40)은 레이저 다이오드(laser diode)와 같은 다른 종류의 솔리드-스테이트 광원일 수 있다. 또 다른 실시예에서 광원(40)은 백열등(incandescent), 할로겐 등과 같은 솔리드-스테이트 광원 이외의 광원일 수 있다.
광원(40)은 광을 내시경(34)의 말단부(38)로 전송하도록 동작 가능하게 위치될 수 있으며, 이에 따라 광원(40)은 사용 중에 체강을 비춘다(illuminating). 예를 들어, 광원(40)은, 광원 또는 광학 광 가이드를 수용하도록 구성된 광학 포스트(optical post)(35)에서와 같이 본체(30) 또는 샤프트(36)를 따라 부착될 수 있고, 광원(40)에 의해 방출된 광은 렌즈, 프리즘, 미러, 또는 일부 다른 반사 또는 굴절 구조체에 의해 샤프트(36)를 말단부(38)에 대해 정렬(collated) 및 재지향될(redirected) 수 있다. 또 다른 실시예에서, 광원(40)은 내시경(26)의 본체(30) 내에 통합될 수 있고, 별도로 부착되지 않을 수 있다. 광원(40)은 내시경(34)의 말단부(38)로 광을 지향시키도록 카메라 헤드(28) 내에 동작 가능하게 부착되거나 또는 위치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 내시경 서브시스템(26) 내에 국부적으로 연결되거나 또는 내시경 서브시스템(26) 내에 배치되는 대신에, 광원은 대신에 모니터 서브시스템(12) 내에서(즉, 광원 구동기(16)대신에, 모니터 서브시스템(12)이 광원(40) 자체를 포함한다), 또는 모니터 서브시스템(12) 외부의 전용 광원 내에서 내시경 서브시스템(26)으로부터 원격으로 위치될 수 있다. 내시경 서브시스템(26)으로부터 원격으로 위치되는 경우, 광원(40)은 내시경(34)에 부착된 광섬유 케이블과 같은 광학 광 가이드를 통해 내시경으로 광을 지향시킬 수 있다. 광원(40)이 원격 전용 유닛인 경우, 제어 인터페이스를 통해 모니터 서브시스템(12)에 의해 여전히 제어될 수 있다. 모니터 서브시스템(12)은 외부 광원(40)을 제어하기 위해 추가적인 제어 회로를 포함할 수 있고, 제어 인터페이스를 통해 광원(40)에 디밍 레벨(dimming level)과 같은 명령을 전달할(communicate) 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 내시경 서브시스템(26)은 이미지(사용시, 상기 이미지는 체강에 대한 것일 것이다)를 형성하도록 구성된 카메라 헤드(28), 및 카메라 헤드(28)를 내시경(34)에 커플링하도록 구성된 광학 커플러(32)를 더 포함할 수 있다. 광학 커플러(32)는 카메라 헤드(28)에 부착될 수 있거나 또는 제거 가능할 수 있다. 카메라 헤드(28)는 광을 수신하고 수신된 광을 나타내는 카메라 신호로 광을 변환하도록 구성된, 예를 들어 CCD 또는 CMOS 칩을 포함하는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 카메라 헤드는 환자의 체강 내에서로부터 반사된 광을 수신하도록 내시경(34) 상에 또는 내시경(34) 내에 동작 가능하게 위치될 수 있다. 예를 들어, 카메라 헤드(28)는 내시경(34)의 본체(30) 내에, 또는 또 달리 내시경(34)의 말단부(38) 상에 또는 샤프트(36) 내에 장착될 수 있다. 체강 내로부터의 광이 카메라 헤드(28)의 이미지 센서에 입사되도록, 프리즘, 미러, 또는 렌즈와 같은 반사 또는 굴절 구조가 위치될 수 있다. 카메라 헤드(28)는 상이한 뷰(views)를 얻기 위해 환자의 체강 내에서 회전 또는 이동하도록 모터 또는 다른 액추에이터로 더 장착될 수 있다.
도 2에 도시된 버튼(42)은 디밍, 카메라 기능, 유체 제거 또는 내시경 시각화 시스템(10)의 다른 기능을 제어하기 위해 카메라 헤드(28)의 상부에 위치될 수 있다.
상술된 바와 같이 도 3을 참조하면, 케이블(22 및 23)은 포트(18)를 통해 모니터 서브시스템(12)에 광원(40)을 연결할 수 있다. 케이블(24 및 25)은 카메라 헤드(28)를 포트(20)를 통해 모니터 서브시스템(12)에 연결할 수 있다. 모니터 서브시스템(12)은 광원 구동기(16), 카메라 제어 유닛(14), 및 디스플레이 전자 장치(54)를 포함하는 스크린(44) 및 프레임(46 및 47)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 프레임(46 및 47)은 모니터 서브시스템(12)의 외부 주변부 및 내부 공간을 정의할 수 있다. 예를 들어, 후방 커버(rear cover)(49)와 함께 프레임(46 및 47)은 전형적으로 외부 에지를 정의하는 측면(sides) 및 모니터의 뒷면(back)을 포함한다. 모니터 서브시스템(12)은 스크린을 제자리에 유지하는 베젤(bezel)(48)을 더 포함할 수 있다. 그러나, 당업자는 프레임이 다양한 형태를 취할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 프레임(46 및 47) 및 후방 커버(49)는, 외부 에지에서 베젤(48)을 직접 만나고, 이에 따라 보다 전형적인 직사각형 모니터의 측면을 제거하는 굴곡진(curved) 뒷면을 포함할 수 있다. 유사하게, 베젤(48)의 크기를 최소화하기 위해 많은 노력이 이루어지고, 모니터 서브시스템(12)의 일부 실시예는 완전히 베젤(48)을 제거할 수 있다. 이러한 변형에 관계없이, 예를 들어 프레임(46 및 47)을 사용하는 모니터 서브시스템(12)은 모니터 서브시스템(12) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 포함되는 내부 공간을 정의한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이는 광원 구동기(16), 카메라 제어 유닛(14), 및 디스플레이 전자 장치(54)가 하우징되는 이 내부 공간(단일 공간 또는 복수의 공간들로 구성될 수 있음) 내에 있다. (도 1 내지 도 3과 관련하여 기술된 내시경 시스템의 예는 도 4에 사시도로 더 도시된다.)
광원 구동기(16)는 광원(40)을 구동하기 위한 전압 및 전류를 제공하는데 적합한 전원 공급 회로이다. 광원이 LED인 예에서, 광원 구동기(16)는 LED 구동기이다. 예를 들어, 광원 드라이버(16)는 AC-DC 또는 DC-DC 컨버터(converter)일 수 있다. 컨버터는 벅 컨버터(buck converter), 부스트 컨버터(boost converter), 벅-부스트 컨버터(buck-boost converter), 또는 플라이백 컨버터(flyback converter)와 같은 스위치드-모드 컨버터(switched-mode converter)일 수 있음에도 불구하고, 다른 유형의 전원 공급 장치(power supplies)도 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 광원 구동기(16)의 출력은 펄스-폭 변조 전류라기 보다는 정전류(constant current)일 수 있다. 수술실(operating room)은 전형적으로 수술 장비(operating equipment)에 의해 발생될 수 있는 RF 간섭의 양에 대한 제한을 갖는다. 이러한 한계를 초과하지 않도록, LED 구동기로부터의 출력은 수술실(operating room)의 RF 한계에 관한 저주파이어야 한다. 벅 컨버터는 정전류를 출력하는 하나의 유형의 전원 공급 장치이며, 이에 따라 문제가 있는 RF 방사를 최소화하거나 또는 제거한다. 벅 토폴로지(buck topology)를 이용하는 LED 구동기는 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments)로부터 이용가능한 통합된 아날로그 전류 조정(Integrated Analog Current Adjust)을 갖는 TPS92513 1.5-A 벅 LED 구동기(TPS92513 1.5-A Buck LED Driver)이다. TPS92513은 단지 예로서 제공되며, 다른 LED 구동 칩들이 사용될 수 있다.
광원 구동기(16) 또는 모니터 서브시스템(12) 내의 지원 회로는 광원(40)의 성능 최적화를 위해 로컬 전자 메모리 시스템(local electronic memory system)을 사용하여 광원의 성능 특성을 식별할 수 있다.
광원(40)은 예를 들어 펄스-폭 변조 또는 진폭 변조를 통해 광원 구동기(16)의 동작을 통해 디밍 가능할(dimmable) 수 있고, 이에 따라 LED 의 밝기는 동적으로 제어된다. 또 다른 실시예에서, 디밍은 카메라 헤드(28) 또는 케이블 터미네이터(56) 내에서 발생할 수 있고, 이에 따라 펄스-폭 변조된 전류 또는 RF 방사선을 생성할 수 있는 임의의 다른 신호를 전송할 필요성을 피할 수 있다. 디밍은 카메라 헤드(28) 상에 위치된 버튼(42)을 통해, 또는 또 달리 모니터 서브시스템(12) 자체 상에 위치된 버튼, 또는 태블릿 또는 원격 제어 장치와 같이 다른 곳에 위치된 버튼을 통해 제어될 수 있다.
도 3에 도시된 모니터 서브시스템(12)은 또한 카메라 제어 유닛(14)을 포함할 수 있다. 카메라 제어 유닛(14)은 카메라 헤드(28)와 통신하고, 카메라 헤드로부터 수신된 카메라 신호를 해석하고, 스크린(44)상에 디스플레이를 위한 카메라 신호를 준비하기 위해 임의의 필요한 비디오 처리를 수행하는 이미지 처리 전자 장치를 포함한다. 카메라 제어 유닛(14)은 도 1에 도시된 바와 같이 카메라 센서 프로세서(50) 및 카메라 시스템 프로세서(52)를 포함할 수 있다. 카메라 센서 프로세서(50)는 카메라 헤드(28)로부터 카메라 신호를 수신하고, 카메라 신호로부터 비디오 데이터를 생성할 수 있다. 비디오 데이터는 임의의 전자 포맷 아날로그 또는 디지털로 전송될 수 있으며, 예를 들어 디지털의 경우 임의의 비트 심도 압축(bit depth compressed) 또는 비압축 포맷(uncompressed format)이다. 비디오 데이터는 카메라 시스템 프로세서(52)에 의해 수신될 수 있고, 카메라 시스템 프로세서(52)는 스크린(44) 상의 수술 이미지 상에 디스플레이하기 위해 이미지 향상 및 최적화를 적용할 수 있다. 예를 들어, 카메라 제어 유닛(14)은 스크린(44) 상에 비디오를 디스플레이하기 위해 프레임(46 및 47)에 추가적으로 배치된 디스플레이 전자 장치(54)와 협력할 수 있다. 또 달리, 카메라 제어 유닛(14)은 패널 전자 장치(54)와 인터페이싱하지 않고 스크린(44) 상에 비디오를 디스플레이하도록 구성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 카메라 제어 유닛(14)에 의해 수행되는 모든 이미지 처리 또는 일부 이미지 처리는 내시경(34) 내에 위치된 카메라 헤드(28) 또는 다른 이미지 처리 유닛에 의해 내시경 서브시스템(26)에서 수행될 수 있다.
카메라 헤드(28)는 케이블(24 및 25)을 통해 카메라 제어 유닛(14)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 또 달리, 카메라 헤드(28)는 무선 라디오 인터페이스를 통해 또는 광학적으로 카메라 제어 유닛(14)에 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 내시경 서브시스템(26) 및 모니터 서브시스템(12)은 블루투스 또는 Wi-Fi를 통해 통신할 수 있고, 카메라 헤드(28)로부터 모니터 서브시스템(12)으로 카메라 신호를 스트리밍할 수 있다. 카메라 신호 및 카메라 헤드(28)와 카메라 제어 유닛(14) 사이의 임의의 통신은 이러한 신호 또는 통신에 적합한 임의의 데이터 포맷일 수 있다.
내시경 시각화 시스템(10), 모니터 서브시스템(12), 및 카메라 제어 유닛(14)은 카메라 헤드(28) 상에 위치된 버튼(42)을 통해, 또는 또 달리 모니터 서브시스템(12) 또는 태블릿 또는 원격 제어 장치와 같은 다른 곳에 위치된 버튼을 통해 제어될 수 있다.
케이블(22) 및 케이블(24)이 도시되어 있음에도 불구하고, 케이블(22) 및 케이블(24)은 카메라 신호 및 광원 구동기 신호 모두 또는 본 실시예가 요구하는 신호들 중 하나만을 운반하는 단일 케이블(24)에 결합될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 케이블(23) 및 케이블(25)은 카메라 신호 및 광원 구동기 신호 모두 또는 실시예가 요구하는 신호들 중 하나의 신호만을 운반하는 단일 케이블(25)로 결합될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또 달리, 케이블(23) 및 케이블(25)은 단일 케이블로 모니터 서브시스템(12)으로부터 연장될 수 있고, 각각 카메라 헤드(28) 및 광원(40)에 연결하는 케이블(24 및 22)로 분할될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 모니터 서브시스템(12)은 케이블(22, 24)을 각각 수용하기 위한 포트(18, 20)를 포함하는 케이블 터미네이터(56)를 포함할 수 있다. 단일 케이블만이 사용되는 경우의 실시예에서, 케이블(22, 24) 모두는 하나로 결합되었기 때문에, 또는 카메라 헤드가 카메라 제어 유닛과 무선으로 통신하기 때문에, 단일 포트(18)만이 사용될 수 있다. 터미네이터(56)는 수동적일 수 있는데, 이는 단순히 카메라 제어 유닛 및/또는 광원 구동기(16)로부터 케이블(22, 24)로 신호를 전달하는 것을 의미한다. 또 달리, 터미네이터(56)는 활성화될 수 있고, 카메라 신호 또는 구동 신호 중 어느 하나를 재구동하기 위한 증폭기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 광원 구동기(16)는 터미네이터(56) 내에 위치될 수 있거나, 또는 또 달리 내시경 서브시스템(26)에 위치될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 전원은 터미네이터(56) 또는 내시경 서브시스템(26)에 전력을 전달해야만 한다. 예를 들어 전원은 모니터 서브시스템(12) 내에 위치될 수 있고, 케이블(22 및 23)을 통해 터미네이터(56) 또는 내시경 서브시스템(26)에 전력을 전달할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 전원은 배터리 또는 AC 메인 소스(mains source)일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전원은 모니터 서브시스템(12)의 외부에 위치될 수 있으며, 예를 들어 전용 전력 유닛일 수 있으며, 이런 경우에 케이블(22 및 23)은 모니터 서브시스템(12)으로 연장되지 않을 수 있지만, 대신에 전용 전력 유닛으로 연장될 수 있다.
비록 터미네이터(56)가 모니터 서브시스템(12)의 하부에 도시되어 있음에도 불구하고, 터미네이터(56)는 수술 세팅(surgical settings)에 편리한 임의의 위치에 위치될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 터미네이터(56)는 모니터 서브시스템(12)의 상부(top) 또는 측면(side) 또는 뒷면 상에 위치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 모니터는 케이블(22, 24)이 사용자 위로부터 하강할 수 있도록, 예를 들어 수술 동안 환자 위에 터미네이터(56)를 위치시키기 위해 붐(boom) 또는 다른 구조체 상에 포함될 수 있다. 또한, 포트(18 및 20) 모두가 단일 터미네이터에서 배치된 것으로 도시된 것임에도 불구하고, 포트는 모니터 서브시스템(12)의 상이한 부분에 연결되도록 분리될 수 있다. 예를 들어 하나의 포트(18)는 모니터 서브시스템(12)의 한 측면 상의 제1 터미네이터에 위치될 수 있는 반면에, 다른 포트(20)는 모니터 서브시스템(12)의 대향 측면 상의 제2 터미네이터와 함께 위치될 수 있다. 추가적으로, 포트는 모니터 서브시스템(12)의 프레임(46)으로부터 연장되는 터미네이터(56) 내에 위치된 것으로 도시되어 있음에도 불구하고, 또 다른 실시예에서 포트는 모니터 서브시스템(12)의 프레임 상에 직접 위치될 수 있다.
다른 실시예에서 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 터미네이터(56)는 완전히 생략될 수 있고, 케이블(22 및 24)(또는 다른 실시예에서 단일 케이블(22))은 모니터 서브시스템(12)으로부터 내시경 서브시스템(26)으로 직접 연장될 수 있다. 그렇지 않으면 도 5 및 도 6은 각각 도 1 및 도 3과 동일하므로, 추가적인 설명은 필요하지 않다.
모니터 서브시스템(12)은 유선, 광학 또는 무선 전송 방법을 사용하여 추가적인 디스플레이 모니터에 수술 이미지를 재전송할 수 있다. 예를 들어, 모니터 서브시스템(12)은 다른 디스플레이 모니터로부터 HDMI 케이블을 수용하기 위한 HDMI 포트를 포함할 수 있다.
또한, 모니터 서브시스템(12)은 무선, 광학, 또는 유선 인터페이스를 통해 다른 의료 장비와 통신하여, 그것들을 제어하거나, 온-스크린 디스플레이(on-screen display)로서 정보를 디스플레이할 수 있다. 모니터 서브시스템(12)은 또한 태블릿 또는 원격 제어 장치와 같은 모바일 장치를 통해 통신하고 제어될 수 있다.
핸드홀드(Hand holds)(58)는 케이블을 삽입 또는 제거하거나 모니터를 재배치시킬(repositioning) 때 개인(personnel)에게 도움을 주기 위해 모니터 서브시스템(12)에 추가될 수 있다. 또한, 장착 브래킷(mounting brackets)은 다양한 표면에 모니터 서브시스템(12)을 부착하기 위해 모니터 서브시스템(12)에 추가될 수 있다. 또한, 장착 브래킷은 모니터 서브시스템(12)에 추가적인 장비를 부착하기 위해 모니터 서브시스템(12)에 추가될 수 있다.
창의적인 복수의 실시예들이 본 명세서에 기술되고 예시된 반면에, 본 기술 분야의 당업자는 기능을 수행하고/수행하거나, 본 명세서에 기술된 결과 및/또는 장점들 중 하나 이상의 장점들을 획득하기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 용이하게 구상할 것이며, 이러한 변형 및/또는 수정 각각은 본 명세서에 기술된 창의적인 실시예의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 본 기술 분야의 당업자는 본 명세서에 기술된 모든 파라미터, 치수, 재료 및 구성이 예시적인 것을 의미하며, 실제 파라미터, 치수, 재료 및/또는 구성이 특정 응용 또는 본 발명의 교시 내용이 사용되는 응용에 의존할 것임을 쉽게 이해할 것이다. 본 기술 분야의 당업자는 단지 일상적인 실험에 지나지 않는 것을 사용하여 본 명세서에 기술된 특정 창의적인 실시예에 대한 많은 등가물을 인식하거나, 또는 명백히 할 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 실시예는 단지 예로서 제시된 것이며, 첨부된 청구항 및 그 등가물의 범위 내에서 발명의 실시예가 구체적으로 설명되고 청구된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명에 대해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 특정 형태 또는 개시된 형태로 본 발명을 제한하려는 의도는 없지만, 반대로 첨부된 청구항에 정의된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 모든 변형, 대안적인 구성 및 등가물을 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항 및 그 등가물의 범위 내에 있는 한 본 발명의 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 내시경 시각화 시스템에 있어서,
    내시경 서브시스템;
    상기 내시경 서브시스템으로부터 연장되는 적어도 하나의 전기 케이블; 및
    모니터 서브시스템
    을 포함하고,
    상기 내시경 서브시스템은,
    광학 채널 및 조명 채널을 구비하는 내시경;
    상기 광학 채널로부터 광을 수신하도록 동작 가능하게 커플링된 이미지 센서; 및
    상기 조명 채널을 통해 광을 전송하도록 동작 가능하게 커플링된 솔리드-스테이트 광원
    을 포함하고,
    상기 모니터 서브시스템은,
    내부 공간을 정의하는 프레임;
    디스플레이 스크린; 및
    상기 내시경 서브시스템에 연결된 상기 적어도 하나의 전기 케이블을 수용하도록 구성된 적어도 하나의 포트
    를 포함하는 내시경 시각화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 솔리드-스테이트 광원은 상기 적어도 하나의 전기 케이블을 통해 수신된 광원 구동 신호에 의해 전력을 공급받는,
    내시경 시각화 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 솔리드-스테이트 광원의 밝기는 상기 광원 구동 신호에 따라 동적으로 제어되는,
    내시경 시각화 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 모니터 서브시스템의 상기 내부 공간 내에 배치되고, 상기 광원 구동 신호를 생성하도록 구성된 광원 구동기
    를 더 포함하는 내시경 시각화 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광원 구동기는,
    정전류 구동기
    를 포함하는 내시경 시각화 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광원 구동기는,
    벅 변환기
    를 포함하는 내시경 시각화 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 케이블은, 상기 구동 신호를 운반하기 위한 제1 케이블을 포함하고,
    상기 제1 케이블은 상기 적어도 하나의 포트의 제1 포트에 수용되고,
    상기 제2 케이블은 상기 적어도 하나의 포트의 제2 포트에 수용되는
    내시경 시각화 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 케이블은 상기 이미지 센서로부터 이미지 신호를 수신하도록 동작 가능하게 연결되는,
    내시경 시각화 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 모니터 서브시스템은,
    상기 모니터 서브시스템의 상기 내부 공간 내에 배치되고, 상기 이미지 신호를 수신하고 상기 이미지 신호를 처리하도록 구성된 제어기
    를 더 포함하는 내시경 시각화 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 디스플레이 스크린은 상기 처리된 이미지 신호에 따라 이미지를 디스플레이하도록 구성된,
    내시경 시각화 시스템.
  11. 내시경 시각화 시스템에 있어서,
    내시경 서브시스템;
    상기 내시경 서브시스템으로부터 연장되는 적어도 하나의 전기 케이블; 및
    모니터 서브시스템
    을 포함하고,
    상기 내시경 서브시스템은,
    광학 채널 및 조명 채널을 구비하는 내시경;
    상기 광학 채널로부터 광을 수신하도록 동작 가능하게 커플링된 이미지 센서; 및
    상기 조명 채널을 통해 광을 전송하도록 동작 가능하게 커플링된 솔리드-스테이트 광원
    을 포함하고,
    상기 모니터 서브시스템은,
    내부 공간을 정의하는 프레임;
    상기 내부 공간 내에 배치되고, 광원 구동 신호를 생성하도록 구성된 광원 구동기;
    디스플레이 스크린; 및
    상기 내시경 서브시스템에 연결된 상기 적어도 하나의 전기 케이블을 수용하도록 구성된 적어도 하나의 포트
    를 포함하고,
    상기 광원 구동 신호가 상기 적어도 하나의 전기 케이블을 통해 상기 내시경 서브시스템으로 전달되도록, 상기 적어도 하나의 포트가 상기 광원 구동 신호를 수신하는
    내시경 시각화 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 내시경 서브시스템은,
    상기 광원에 전력이 공급되고,
    상기 광원의 밝기는 상기 광원 구동 신호에 의해 동적으로 제어되는
    내시경 시각화 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 케이블은, 상기 구동 신호를 운반하기 위한 제1 케이블을 포함하고,
    상기 제1 케이블은 상기 적어도 하나의 포트의 제1 포트에 수용되고,
    상기 제2 케이블은 상기 적어도 하나의 포트의 제2 포트에 수용되는
    내시경 시각화 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 케이블은 상기 이미지 센서로부터 이미지 신호를 수신하도록 동작 가능하게 연결되는,
    내시경 시각화 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 모니터 서브시스템은,
    상기 모니터 서브시스템의 상기 내부 공간 내에 배치되고, 상기 이미지 신호를 수신하고 상기 이미지 신호를 처리하도록 구성된 제어기
    를 더 포함하는 내시경 시각화 시스템.

KR1020207004844A 2017-07-25 2018-07-25 내시경, 케이블 및 모니터를 포함하는 내시경 시각화 시스템 KR102357306B1 (ko)

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