KR20240089109A - 내시경용 조명 - Google Patents
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Abstract
관절경의 삽입 샤프트는 그 원위 단부 근처에 솔리드 스테이트 카메라를 가진다. 샤프트는 6 mm 이하의 외경을 가지며, 관절경 수술을 위해 관절에 카메라를 삽입할 수 있는 강성과 강도를 가진다. 광 전도체(들)는 내시경 카메라와 내시경 샤프트 외벽의 내부 표면 사이에 놓이도록 평탄형 영역을 가진다. 평탄형 영역은 카메라가 보게 될 수술 공동을 조명하기 위해 카메라와 다른 벽의 내부 표면 사이의 공간을 통해 내시경 샤프트의 원위 단부로 조명광을 전도하도록 하는 형상을 갖는다. 평탄형 영역은 플라스틱 광섬유 영역을 가열하고 가열된 해당 영역을 연마된 금형에서 압착하는 것에 의해 형성된다.
Description
본 출원은, 내시경이라는 명칭으로 2022년 8월 25일자 출원된 미국 가출원 제63/400,961호, 내시경이라는 명칭으로 2022년 5월 25일자 출원된 미국 출원 제17/824,857호, 및 내시경이라는 명칭으로 2021년 9월 28일자 출원된 미국 가출원 제63/249,479호의 우선권을 주장한다. 이들 모출원의 전체 개시 내용은 참조로 본원에 통합되어 있다.
본 출원은, 수술에서 보조하도록 설계된 기구와 함께, 내시경, 복강경, 관절경, 대장내시경, 및 이와 유사한 수술 기구 또는 기기 - 해당 기구 또는 기기는 의료 목적으로 또는 신체에 대한 수술 또는 수술 준비에 사용되도록 생체 또는 사체의 인간 및 동물 신체를 평가, 검사, 측정, 모니터링, 연구 또는 테스트하는 데 사용되도록 특별히 조정 또는 의도됨 - 에 관한 것이다.
일반적으로, 제1 양태에서, 본 발명은 관절경을 특징으로 한다. 관절경은 핸들 및 삽입 샤프트를 구비한다. 삽입 샤프트는 그 말단부 근처에 솔리드 스테이트 카메라(solid state camera)를 포함한다. 샤프트는 원위 단부에 조명광을 전도하도록 설계된 적어도 하나의 광 전도체를 내장한다. 샤프트의 외경은 6mm 이하이다. 샤프트는 관절경 수술을 위해 관절에 카메라를 삽입할 수 있는 강성과 강도를 가진다. 카메라 영역의 광 전도체(들)는 카메라와 삽입 샤프트의 내부 표면 사이의 공간을 통해 광 섬유로부터 원위 단부로 조명광을 전도하도록 설계된다.
일반적으로, 제2 양태에서, 본 발명은 광 전도 섬유를 특징으로 한다. 광섬유는 내시경 카메라와 내시경 샤프트의 외벽의 내부 표면 사이에 놓이도록 하는 형상을 갖고 카메라가 볼 수 있는 수술 공동(surgical cavity)의 조명을 위해 내시경 샤프트의 원위 단부로 조명 광을 전도하도록 하는 형상을 갖는 평탄형 영역을 가진다. 샤프트의 직경은 6 mm 이하이다. 평탄형 영역은 플라스틱 광섬유의 영역을 가열하고 가열된 해당 영역을 연마된 금형에서 압착하는 것에 의해 형성된다.
바람직한 실시예는 다음 중 하나 이상을 특징으로 할 수 있다. 하나 이상의 광 가이드가 광섬유로부터 원위 단부로 조명광을 전도하도록 설계될 수 있다. 광 가이드는 원형이 아닌 단면을 가질 수 있다. 광 가이드는 원형 단면의 광섬유로부터 조명광을 수용하는 커플링을 가질 수 있다. 카메라 영역에서의 광 가이드의 단면은, 삽입 샤프트의 반경에 대응하는 광 가이드의 치수에 있어서, 광섬유의 직경보다 좁을 수 있다. 하나 이상의 광 가이드의 내부 표면 및 외부 표면 중 적어도 하나는 종방향으로 플루트형(fluted)일 수 있다. 하나 이상의 광 가이드의 원위 표면 또는 평탄형 영역은 방출된 광을 확산시키도록 설계될 수 있다. 하나 이상의 광 가이드의 원위 표면은 방출된 광을 확산시키도록 설계된 표면 마이크로돔(surface microdome)을 가질 수 있거나, 관절경이 접근하는 수술 공동 내로의 조명의 균일성을 개선하도록 달리 구성될 수 있다. 카메라 영역에 있는 하나 이상의 광 전도체가 광섬유의 평탄형 영역으로 형성될 수 있다. 평탄형 영역은 내시경 카메라와 내시경 샤프트의 외벽의 내부 표면 사이에 놓이도록 하는 형상을 가질 수 있다. 평탄형 영역은 카메라가 보게 될 수술 공동의 조명을 위해 내시경 샤프트의 원위 단부로 조명광을 전도하도록 하는 형상을 가질 수 있다. 샤프트는 외경이 6 mm 이하일 수 있다. 평탄형 영역은 플라스틱 광섬유의 영역을 가열하는 것에 의해 형성될 수 있다. 평탄형 영역은 광섬유를 연마된 금형에서 압착하는 것에 의해 형성될 수 있다. 내시경의 원위 단부 근처에 장착하기 위한 구성 부품은 정확한 조립을 보장하기 위해 포카-요크 설계 원칙(poka-yoke design principle)을 이용한 형상을 가질 수 있다. 원위 단부 근처에 장착하기 위한 렌즈 어셈블리의 구성 부품은 정확한 조립을 보장하기 위해 포카-요크 설계 원칙을 이용한 형상을 가질 수 있다. 원위 단부 근처의 구성 부품은 제조 중에 렌즈 어셈블리의 초점을 조정할 수 있도록 형성될 수 있다. 내시경은 체액, 신체 조직 및/또는 주입액의 침입을 방지하기 위해 샤프트와 함께 밀봉하도록 설계된 단부 윈도우를 가질 수 있다. 단부 윈도우는 광학 아티팩트(optical artifact)를 줄이도록 설계될 수 있다. 아티팩트는 반사; 내시경 내 누광; 체액 및/또는 신체 조직에 의한 오염; 김서림(fogging)일 수 있다. 카메라 영역의 광 전도체는 광원으로부터 본질적으로 연속적인 직경을 갖는 적어도 9개의 광섬유를 포함할 수 있으며, 광섬유는 직경이 약 0.5 mm 이하이고 내시경의 원위 단부 둘레의 적어도 250°에 대응하도록 배열된다. 관절경 삽입 샤프트는 원위 단부 근처에 솔리드 스테이트 카메라를 가질 수 있다. 샤프트는 원위 단부에 조명광을 전도하도록 설계된 광 전도체를 내장할 수 있다. 샤프트는 관절경 수술을 위해 관절에 카메라를 삽입하기 위한 강성과 강도를 가질 수 있다. 평탄형 영역은 카메라와 삽입 샤프트의 내부 표면 사이의 공간을 통해 광섬유로부터 원위 단부로 조명광을 전도하도록 치수가 정해질 수 있다.
상기와 같은 장점 및 특징들은 대표적인 실시예에 불과하며, 본 발명의 이해를 돕기 위해 제시된 것일 뿐이다. 이들은 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 제한으로 간주되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다. 본 발명의 실시예의 추가적인 특징 및 장점은 다음의 설명, 도면 및 청구범위로부터 분명해질 것이다.
도 1a-1h, 도 2a-2q, 및 도 3a-3g, 도 4c, 도 4e-4h, 도 4n-4w, 도 4z, 도 4aa-4gg, 도 4ii-4mm, 도 5b, 도 7a, 도 7g-7j, 및 도 7n-7z, 도 9b, 도 9c, 도 9g, 및 도 9j는 내시경 및/또는 내시경 관련 장치의 사시도이다.
도 4a, 도 4x, 도 4y, 도 4hh, 도 5c, 도 5g-5j, 도 6d, 도 7b, 도 7d, 도 8a-8e, 도 9c, 도 9e-9i는 내시경 및/또는 내시경 관련 장치의 평면 단면도이다.
도 4b, 도 4i, 도 4m, 도 6e, 도 7m은 내시경 및/또는 내시경 관련 장치의 분해도이다.
도 4d, 도 4j, 도 4k, 도 4l, 도 5d-5f, 도 7c, 도 7e, 도 7f, 도 7k, 도 7l, 도 8f, 도 9a, 도 9d는 내시경 및/또는 내시경 관련 장치의 단면 사시도 또는 절개도이다.
도 5a, 도 6a-6c, 도 9k 및 도 9l은 내시경 및/또는 내시경 관련 장치의 평면도이다.
도 4a, 도 4x, 도 4y, 도 4hh, 도 5c, 도 5g-5j, 도 6d, 도 7b, 도 7d, 도 8a-8e, 도 9c, 도 9e-9i는 내시경 및/또는 내시경 관련 장치의 평면 단면도이다.
도 4b, 도 4i, 도 4m, 도 6e, 도 7m은 내시경 및/또는 내시경 관련 장치의 분해도이다.
도 4d, 도 4j, 도 4k, 도 4l, 도 5d-5f, 도 7c, 도 7e, 도 7f, 도 7k, 도 7l, 도 8f, 도 9a, 도 9d는 내시경 및/또는 내시경 관련 장치의 단면 사시도 또는 절개도이다.
도 5a, 도 6a-6c, 도 9k 및 도 9l은 내시경 및/또는 내시경 관련 장치의 평면도이다.
설명은 다음과 같이 구성된다.
I. 개요
II. 부분 재사용이 가능하고, 부분적으로 일회용의/교체 가능한 내시경과 그 사이의 커플링 조인트
III. 연장형, 굽힘형 또는 관절형 카메라 팁
IV. 내시경의 추가 특징
V. 내시경 팁
V.A. 내시경 팁의 구성요소의 성형
V.B. 일회용 스코프 팁을 위한 광섬유 조명
V.C. 광 가이드가 있는 팁 설계
V.D. 확산 단자 표면
VI. 오염 방지 및 김서림 방지
VI.A. 가열
VI.B. 내시경의 배송 포장용, 내시경 렌즈/창의 코팅을 보호하는 유체 바이알
VII. 오프셋 시야 내시경 삽입 시 사용하는 광학 보정 기능이 있는 렌즈 캡
VIII. 360°시야 팁
IX. 패스너, 스프링 및 기타 작은 부품 회피
IX.A. 스프링이 없는 버튼
IX.B. 회로 기판 위의 케이스의 오버몰딩
IX.C. 내부 패스너 회피
IX.D. O-링을 통한 회전 저항
IX.E. 외부 핸들 쉘의 2개의 절반부의 초음파 용접
IX.F. 열가소성 엘라스토머 코팅 핸들
X. 액체 흐름
X.A. 액밀 밀봉부
X.B. 나선형 흐름 유도
XI. 성형 및 접합
XI.A. 이종 재료를 연결하기 위한 경사 슬롯
XI.B. 폐쇄기의 구성 부품의 결합
XI.C. 부품의 트위스트 고정
XII. 실시예
I. 개요
도 1a를 참조하면, 관절 수술, 관절 접근 또는 기타 최소 침습 수술에 내시경(예컨대, 관절경, 복강경 또는 기타), 트로카(trocar)(102) 및 폐쇄기(obturator)(104)가 사용될 수 있다. 최소 침습 수술은 일반적으로 트로카(102) 또는 폐쇄기(104)와 같은 뾰족한 도구를 사용하여 수술 부위에 침투하는 것으로 시작된다. 트로카(102)는 피부로부터 수술 부위까지 관통하는 데 사용되는 중공 튜브이며, 트로카(102)는 접근 포트를 유지하기 위해 수술 중에 제자리에 남을 것이다. 침투 중에 트로카(102)는 내강(lumen)을 통해 삽입되는 폐쇄기(104)를 가질 수 있다. 폐쇄기(104) 및/또는 트로카(102)는 접근 통로를 생성하기 위해 관절, 복강 또는 기타 수술 부위의 조직을 관통하기 위한 첨단부를 가질 수 있다. 폐쇄기(104)는 트로카(102)에 삽입되어 피부 및 기타 조직을 관통하는 장치로 사용될 수 있으며, 관심 공간에 접근하면 폐쇄기(104)를 빼내어 "트로카 캐뉼라(trocar cannula)"를 남길 수 있다. 수술 부위의 시각화를 위해 캐뉼라를 통해 내시경이 배치될 수 있다. 내시경은 광원 및 카메라(410)를 갖는 "칩-온-팁(chip on tip)" 내시경일 수 있다. 폐쇄기(104) 및 트로카(102)를 통해 접근 통로가 절단된 후, 내시경은 다른 기구를 사용하여 수술을 수행하는 외과의에게 시각적 접근을 제공하기 위해 트로카(102)를 통해 수술 부위에 삽입될 수 있다. 다른 트로카는 복강경 메스, 면도기, 스테이플러, 봉합기 등과 같은 다른 기구에 의한 접근을 위해 배치될 수 있다.
일부 경우, 내시경(100)은 폐쇄기(104)의 내부 내강 아래로 삽입될 수 있고, 폐쇄기(104)의 첨단부는 투명할 수 있다. 내시경 내 폐쇄기 구성은 폐쇄기(104) 또는 트로카(102)를 정확한 수술 부위로 안내하기 위한 시각적 안내를 제공할 수 있다. 다른 경우, 트로카(102)는 첨단부를 가질 수 있고, 내시경은 트로카(102)를 안내하기 위해 트로카(102)의 내부 내강 아래로 삽입될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 내시경(100)은 신뢰성을 보장하고, 내시경 전체 또는 그 일부가 폐기될 수 있을 정도로 제조 비용을 절감하는 다수의 특징을 가질 수 있다. 내시경의 재멸균은 비용이 많이 들고 항상 불완전하여 교차 감염의 위험을 증가시킨다. 또한, 내시경(100)이 재사용됨에 따라, 광학 장치가 긁혀지고 흐려져서 외과의가 볼 수 있는 시야의 정밀도가 떨어진다. 섹션 II-XI에서는 이러한 비용 절감 및 폐기 가능성을 제공하는 내시경의 여러 특징들이 논의될 것이다.
도 1c를 참조하면, 폐쇄기(104)는 트위스트 잠금 장치(940, 942)를 통해 외부 피복 또는 트로카(102)에 고정될 수 있다.
도 1d를 참조하면, 폐쇄기(104) 및 트로카(102)는 수술 부위, 예를 들어 슬개골 뒤의 무릎 부위를 관통하는 데 사용될 수 있다.
도 1e 및 도 1f를 참조하면, 폐쇄기(104)는 외피/트로카(102)로부터 잠금 해제될 수 있다. 폐쇄기(104) 및 내시경은 후퇴되어 중공 트로카(102)를 포트로서 부위에 남길 수 있다.
도 1g를 참조하면, 내시경(100) 등과 같은 기구가 외피/트로카(102)를 통해 삽입되어 수술을 수행할 수 있다.
도 1h를 참조하면, 트로카/외피(102)는 외피/트로카(102)를 폐쇄기(104)에 고정하기 위해 사용된 것과 동일한 트위스트 잠금 동작을 통해 내시경에 고정될 수 있다.
다양한 내시경 팁 설계(도 2f-2m, 4a-4k, 4m-4w, 4x-4oo)는 다음과 같은 특성을 가질 수 있다. 전체 팁은 내시경의 치수, 일반적으로 아래의 단락의 표의 치수를 충족할 수 있을 만큼 충분히 작을 수 있다. 일부 경우, 팁은 샤프트보다 직경이 약간 크거나 작을 수 있다. 팁은 그 직경 내에서 카메라(410), 조명, 유체 주입 또는 배출 포트, 시술 도구 등을 기계적으로 안정적으로 고정할 수 있다. 팁은 신체 조직과 체액 및 주입액의 침입을 방지하기 위해 일반적으로 내시경의 시야에서 조직을 분산시키는 데 사용되는 높은 압력에 대해 밀봉될 수 있다. 팁은 팁에 장착된 LED를 통해 또는 광섬유(430)를 사용하여 핸들 또는 컨트롤러에서 광을 전달하는 방식으로 조명광을 전달하거나 조명광의 전달을 허용할 수 있다. 팁 어셈블리의 불투명한 부분은 조명 섬유/LED/광 가이드에서 나오는 미광과 수술 공동에서 반사되는 광을 모두 배제할 수 있다. 팁은 원하는 수량과 비용으로 제조될 수 있다. 팁은 예를 들어 첨단부 또는 엣지가 없는 등 주변 조직에 외상을 입히지 않는 구성을 가질 수 있다. 일부 경우, 팁은 초기 진입을 위한 관통점을 가질 수 있다. 팁은 김서림이나 오염을 방지하도록 설계될 수 있다. 팁은 바람직하게는 수술 부위에 있는 동안 세척을 허용할 수 있다.
II. 부분적으로 재사용 가능하고, 부분적으로 일회용의/교체 가능한 내시경, 및 그 사이의 커플링 조인트
도 2a, 2b, 2c, 2d, 및 2e를 참조하면, 수술용 내시경(100)은 내시경의 핸들(112, 114)로부터 샤프트(110) 부분의 분리를 허용하도록 구조화될 수 있다. 샤프트의 팁(116)에 있는 카메라 또는 이미지 센서(410), 임의의 각도 조절(panning) 메커니즘, 조명, 전원 및 신호 커넥터, 및 유체 유동 채널은 일회용 샤프트(110) 내에 있을 수 있다. 핸들(112, 114)은 재사용 가능하도록 설계될 수 있다(이는 핸들(112, 114)이 예를 들어 오토클레이브 또는 다른 멸균 장치에서 멸균 가능하거나 일회용 멸균 슬리브로 보호 가능할 수 있음을 의미함). 탈착 가능한 샤프트와 핸들(112, 114)의 재사용 가능한 부분 사이의 조인트(130)는 일반적으로 핸들에서 원위측에 있을 수 있다(그러나 반드시 최원위 단부에 위치할 필요는 없다). 교체 가능한 샤프트 부분(110)은 샤프트 부분(110)과 함께 일회용인 핸들의 일회용 부분(120)과 함께 일회용일 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 내시경(100)의 핸들은 3개의 주요 구성요소를 포함할 수 있다:
● 일회용 캡(120). 핸들의 해당 최원위 부분은 샤프트(110)의 장착 베이스 역할을 할 수 있으며, 핸들의 나머지 부분(112, 114)으로부터 분리될 수 있다. 해당 일회용 캡 부분(120)은 (샤프트(110) 및 내부 구성요소와 함께) 일회용일 수 있다.
● 회전 칼라(112)는 외과의가 핸들의 중심 축, 즉 샤프트(110)의 롤 축(126)을 중심으로 회전 칼라(120)를 회전시킬 수 있도록 하는 표면 특징부(302, 304)를 가질 수 있다. 수술 중, 삽입 샤프트(110), 일회용 캡(120) 및 회전 칼라(112)는 서로 회전하도록 잠길 수 있으므로, 회전 칼라의 회전은 일회용 캡(120) 및 샤프트(110)의 회전(126)에 영향을 미친다.
● 근위 고정 핸들(114)은 핸들 내의 구성요소를 둘러싸는 쉘을 구비한다. 핸들(114)의 외경 및 외부 표면은 외과의의 손으로 쉽고 미끄러지지 않게 파지하도록 설계될 수 있다. 근위 핸들과 회전 칼라 사이의 조인트(128)는 이들 2개의 구성요소가 서로에 대해 회전되게 할 수 있다. 일부 경우, 근위 핸들(114) 내부의 회로 기판 및 유사한 구성요소가 근위 핸들(114) 내부의 일회용 캡(120) 및 회전 칼라(112)와 함께 회전할 수 있다.
일회용 캡(120) 및 회전 칼라(112)는 조인트(130)에서 서로 분리될 수 있으므로, 일회용 캡(120) 및 샤프트(110)는 일회용일 수 있는 반면, 핸들(114) 및 회전 칼라(112)(및 그 내부의 구성요소)는 재사용할 수 있다.
도 2a, 2b, 2c, 3a 및 3b를 참조하면, 일회용 캡(120)과 회전 칼라(112) 사이에는 3개의 기본 연결이 이루어질 수 있다:
● 일회용 부분(120)을 재사용 가능한 핸들(112, 114)에 고정하기 위한 회전-잠금 커플링(140, 142). 커플링(140, 142)은 삽입력 및 인출력, 롤, 피치 및 요 토크(yaw torque), 횡력 및 이와 유사한 힘을 근위의 재사용 가능한 핸들(112, 114)로부터 원위의 일회용 부분(120) 및 축(100)으로 전달하여 의사가 필요에 따라 조명 및/또는 카메라를 조준할 수 있도록 충분한 강도를 가질 수 있다. 일회용 캡(120)과 회전 칼라(112) 사이의 조인트(130)는 일반적으로 핸들의 원위 단부 측으로 놓여질 수 있다. 일회용 캡과 회전 칼라(112)는 조인트(130)의 중심과 둘레에 있는 평탄한 힘 전달 표면(144)을 통해 맞물릴 수 있으므로, 이들 힘은 분리 가능한 조인트(130)의 둘레에 지지된다. 하나 이상의 해제 버튼(146)을 누르거나 압착하여 하나 이상의 잠금 스냅(148)을 분리시킬 수 있다. 기계적 연결에는 회전 가능한 잠금 링 또는 기타 해제/고정 메커니즘이 포함될 수 있다.
● 조명 소스 및 카메라(410)에 전원을 공급하고, 카메라(410)에서 내시경 외부의 핸들(112, 114) 및 디스플레이 시스템의 처리 기판으로 광학 신호를 다시 전달하기 위한 전기 연결부. 전원 및 신호를 위한 분리 가능한 전기 연결부는 고속 신호에 대한 신호 무결성을 유지할 수 있는 USB-C 커넥터(150, 152), 미니 HDMI 커넥터 또는 이와 유사한 커넥터에 의해 영향을 받을 수 있다. 조명이 광섬유(430)에 의해 전달되는 경우, 조인트(130)는 광 커넥터를 포함할 수 있다.
● 카메라(410)의 임의의 각도 조절 메커니즘에 대한 분리 가능한 연결부는 링키지와 같은 물리적 커넥터에 의해 영향을 받을 수 있다.
일부 경우, 카메라/이미지 센서(410), LED 및 전자 연결부(및 카메라/이미지 센서(410)의 각도 조절을 위한 임의의 기계적 연결부)는 삽입 샤프트(110)로부터 제거될 수 있다. 샤프트(110)와 캡(120)은 쉽게 멸균할 수 있을 만큼 매끄럽고 단순한 형상일 수 있다. 유사하게, 일단 전자 장치들이 샤프트(110)의 내부로부터 제거되면, 해당 전자 장치들도 멸균될 수 있다. 특히 인건비가 낮은 시장에서는, 재사용을 위해 샤프트 및 그 내부 부품들을 분해, 멸균 및 재조립하는 것이 비용 효율적일 수 있다.
세척 액체(irrigation liquid) 또는 인플레이션 가스를 위한 하나 이상의 유체 호스(160)(또는 2개의 호스, 하나는 유체용, 하나는 가스용)가 일회용 캡(120)을 통해 도입될 수 있으므로, 세척/인플레이션 채널용 유체 튜브의 전체 세트는 일회용 샤프트 부분과 함께 폐기될 수 있다. 다른 경우(예컨대, 도 3e 및 도 3f)에는 유체 호스(162)가 내시경의 근위 단부로 도입될 수 있고, 유체 유입 및 유출을 위한 조인트(130) 내의 분리 가능한 유체 연결부는 개스킷, O-링 등에 의해 영향을 받을 수 있다. 대안적으로, 호스용 커넥터는 내시경 근처(단일 시술 과정에서 삽입 샤프트(110)의 "빠른 변경" 교체를 허용하는 것이 바람직할 수 있는 응용의 경우) 또는 내시경으로부터 멀리, 일반적으로 폐액을 위한 수용구에서, 환자와의 접촉으로 잠재적으로 오염된 모든 호스를 쉽게 폐기할 수 있도록 내시경 자체의 외측에 위치될 수 있다.
일회용 샤프트(110, 120)는 체액과 접촉하는 구성요소의 폐기를 용이하게 하도록 설계될 수 있다. 멸균은 종종 불완전하기 때문에, 환자의 체액과 접촉한 구성요소를 폐기함으로써 환자의 안전이 증진될 수 있다. 멸균성을 향상시키기 위해, 일회용 구성요소(110, 120)의 구성품을 줄여 일회용 구성요소의 비용을 절감하고, 멸균이 어려울 수 있는 표면 특징부 및 틈새를 줄이는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 렌즈(460), 이미지 센서, LED, 각도 조절 메커니즘 및 샤프트(110)는 일회용이 될 수 있다. 또한, 샤프트(110)는 체액의 유입 및 유출에 사용되며 일회용이기 때문에, 체액에 대한 밀봉이 불필요할 수 있다.
도 2d를 참조하면, 교체 가능한/일회용 샤프트(110) 및 그 장착 구성요소(120)는 상이한 수술 유형에 특화될 수 있다. 예를 들어, 순수 진단용 스코프(172)는 외경이 1-3 mm 일 수 있다. 복강경 흉부 수술용 교체 가능한 일회용 캡/샤프트 유닛(110, 120, 178)은 길이 400 mm, 직경 10 mm의 샤프트를 가질 수 있다. 무릎 및 고관절의 관절경 수술용 교체 가능한 구성요소(176)는 길이가 155 mm, 직경이 5.5 mm 또는 4 mm 일 수 있다. 작은 조인트의 경우, 직경 2.9 mm 이하의 교체 가능한 샤프트(174)가 선호될 수 있다. 굽힘 가능한 단부(200)를 갖는 교체 가능한 샤프트/스코프 유닛은 복강경 수술을 위해 치수가 정해질 수 있다. 다양한 수술 전문 분야에 대한 일반적인 치수는 다음과 같다(밀리미터 단위로 측정됨):
| 캐뉼라 직경 | 스코프 직경 | ||||
| 스코프 유형 | 분야 | 최소 | 최대 | 최소 | 최대 |
| 관절경(작은 조인트) | 관절경 | 2.8 | 4.0 | 1.9 | 2.9 |
| 관절경(큰 조인트) | 관절경 | 4.7 | 6.0 | 2.9 | 5.3 |
| 세포경 | 세포경 | 2.9 | 5.3 | ||
| 뇌경 | ENT | 2.0 | 4.0 | ||
| 자궁경 | 부인과 | 3.7 | 7.0 | 2.0 | 5.0 |
| 복강경 | 복강경 | 2.0 | 10.0 | ||
| 부비동내시경 | ENT | 2.0 | 4.0 | ||
| 흉강경 | 폐 | 10 | |||
다양한 교체 가능한 구성요소(110)는 팁(116)에 상이한 기구들을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 교체 가능한 샤프트는 0°(직접 축), 30°, 45°, 70° 및 90°로 배향된 카메라(410)를 가질 수 있다.
도 2b를 참조하면, 일회용 샤프트부(110, 120)는 보호 및 강도를 위한 외부 캐뉼라(132) 및 다양한 조명, 광학 및 유체 운반 부품을 운반하는 내부 샤프트부(134)로 차례로 분리될 수 있다. 스코프는 10개 또는 12개 또는 20개의 교체 가능한 샤프트/캡 유닛(110, 120) 세트와 함께 핸들 유닛(112, 114)으로 판매될 수 있다.
2019년 6월 7일자 출원된 미국 출원 제16/434,766호 및 2019년 8월 13일자 제출된 그 공식 도면이 참조로 통합되어 있다.
III. 연장형, 굽힘형, 또는 관절형 카메라 팁
도 2f 및 도 2g를 참조하면, 카메라 팁(202)은 연장 및 수축이 가능하도록 캐뉼라 샤프트(132) 내에서 슬라이딩 가능할 수 있다. 연장시, 카메라 스톡(stalk)(202)의 원위 부분은 예를 들어, 관절 조인트에 결합된 강체 세그먼트(210)로서 굽힘 가능할 수 있다. 도 2f 및 도 2g에서, 원추부(204)는 카메라(410)의 시야를 나타낸다. 샤프트(202)의 연장 가능/굽힘 가능 부분은 각각 종 방향 길이로는 본질적으로 고정적이지만, 굽힘 또는 굴곡을 허용하기 위해 각 조인트에서 관절식으로 형성되는 일련의 요소로 구성될 수 있다. 관절 마디는 도 2f 및 도 2g에 도시된 바와 같이 모두 동일한 치수로 있을 수 있다. 대안적으로, 도 2h 및 도 2i에 도시된 바와 같이, 관절 피봇(212)이 교대로 90°각도로 위치하여, 굽힘이 2차원으로 있을 수 있고, 이는 조합하여 360°의 굽힘 각도를 얻을 수 있다. 대안적으로, 굽힘 가능한 부분(202)은 탄성 재료로 형성될 수 있으며, 종방향 압축 치수에 대해 비교적 강하고 압축되지 않으며, 측면 및/또는 경사 굽힘에 유연한 내부 보강재를 포함할 수 있다. 굽힘 가능한 부분(202)은 외부 표면 주위에 이격된 2개 또는 4개의 케이블 채널을 포함하여 장력 케이블에 의해 원하는 방향으로 굽힘이 이루어질 수 있다.
도 2h, 도 2i, 도 2j, 도 2k, 도 2l 및 도 2m을 참조하면, 일부 경우, 카메라(410)가 내시경 팁(400) 내에서 각도 조절 가능할 수 있다. 예를 들어, 카메라(410) 및 그 조명 LED는 2개의 힌지(222)를 갖는 3개의 강체 세그먼트로 형성된 기판(220)의 일측에 장착되어, 2개의 외부 세그먼트(224)가 상대 이동될 수 있고, 중앙 세그먼트는 굴곡 평행사변형의 방식으로 제자리에서 회전될 수 있다. 2개의 외부 세그먼트(224)는 슬라이드 채널에 장착될 수 있고, 케이블(228)에 의해 핸들의 제어 장치에 연결될 수 있다. 도 2j를 참조하면, 기판(220)은 평탄한 유연한 배킹(backing)에 성형될 수 있다. 배킹은 백킹을 평행사변형 구성으로 접을 수 있는 힌지점을 생성하기 위한 주름부(222)를 포함할 수 있다(도 2k 및 도 2l). 피봇점(230)은 기판(220)에 성형될 수 있다. 도 2k를 참조하면, 연성 회로(232)가 기판에 적층되어 양단부에 부착된 장력 케이블(228)을 제어할 수 있다. 카메라, 조명 LED, 압력 센서, 온도 센서 또는 기타 센서가 기판(220)에 부착될 수 있다. 도 2l을 참조하면, 기판(220)은 평행사변형의 3면으로 접힐 수 있고, 제4면은 힌지점에 연결된 링키지에 의해 형성될 수 있다. 추가의 상세가 참조로 여기에 포함된 미국 특허 제9,375,139호에 기재되어 있다.
기판의 일면의 다른 면에 대한 종방향 이동(226)은 중앙 세그먼트의 각도, 따라서 이미지 CCD 또는 다른 카메라, 및 다른 센서의 각도를 변화시킨다. 이는 90°정도일 수 있는 범위의 조정 가능한 시야각을 제공할 수 있다. 내시경은 또한 내시경이 평탄한 상부 구조 및 회전 가능 또는 유연한 힌지 직사각형 내시경 구조를 갖는 경우, 180도 또는 역행 시야(retrograde view)를 수용할 수 있다.
세척, 팽창 또는 기타 유체의 유입 및 유출을 위한 통로 및 구멍이 팁에 제공될 수 있다. 세척 유체를 위한 구멍은 카메라(410) 상의 창 또는 렌즈에서 오염을 제거하기 위한 것일 수 있다.
표면(224) 중 적어도 하나는 세그먼트(224)의 상부 또는 내부에 결합된 금속 스트립을 포함할 수 있다. 금속 스트립은 미리 형성된 곡률반경을 갖는 스프링 강 또는 니켈-티타늄 합금일 수 있다. 금속 합금은 대안적으로 알루미늄과 같은 가단 금속(malleable metal)이거나 형상 기억 특징을 갖는 니켈-티타늄(니티놀) 합금일 수 있다. 금속 스트립은 긴 코어가 하나의 곡률 평면에서 안정적으로 구부러질 수 있도록 한다. 메모리 기판이 스프링 강 또는 니티놀인 경우, 가단성이 있는 경우 소정 형상으로 구부러지거나 니티놀 형상 기억 성분으로 조종 가능하게 만들 수 있다.
도 2n 및 도 2o를 참조하면, 삽입 샤프트(도 2f 및 도 2g) 내에서 카메라(410)를 전진/돌출시키거나 후퇴/철수시키도록 이동될 수 있다(도 2f 및 도 2g). 다른 스위치/레버(예를 들어, 패들형 스위치)는 팁으로 연장되는 케이블(228)에 장력을 가하여 샤프트(110)의 연장 가능한 부분(202)을 따라 조인트(212)에서 회전 관절을 유발하여 카메라 팁의 관절을 +y 및 -y 방향으로 이동되게 제어함으로써 분절 가능한 팁을 휘게 하는 케이블 또는 레버를 제어할 수 있다. 다른 레버는 카메라 각도 조절을 제어하는 데 사용될 수 있다(도 2h, 도 2i, 도 2j, 도 2k, 도 2l, 및 도 2m).
도 2p 및 도 2q를 참조하면, 4점 제어부(244)가 4개의 제어 케이블(228) 또는 로드(rod) 또는 다른 하중 지지 부품을 연장형/수축형 및/또는 관절형 카메라 샤프트(202)의 관절부 또는 급힘부로 제어하여, 카메라 팁이 +x, -x, +y 및 -y 방향으로 관절 제어될 수 있다.
도 2d 및 도 2e를 다시 참조하면, 연장형/수축형 및/또는 관절형 카메라 샤프트(110, 200)는 재사용 가능한 핸들, 일회용 팁 구성과 함께 사용될 수 있다. 연장형/수축형 및/또는 굴절형 카메라 샤프트는 재사용 가능 또는 일회용 단일체 스코프 구성과 함께 사용될 수 있다.
관절형 카메라 팁(200)은 복부 흉부 복강경 검사에서 특히 유용할 수 있다. 일반적으로, 복부 수술 중에, 복강은 외과의에게 넓은 개방 시야를 제공하기 위해 이산화탄소로 팽창된다. 이를 통해 연장형/수축형 및/또는 관절형 팁이 움직일 수 있는 공간이 확보된다. 연장형/수축형 및/또는 관절형 팁은 위나 간과 같은 장기 뒤쪽의 시야를 제공하는 데 유용할 수 있다. 외과의가 고정 시야 내시경/복강경만 가지고 있는 경우, 장기 뒤쪽의 시야를 획득할 수 있는 유일한 방법은 신체의 반대쪽에서 다른 포트를 개방하는 것이다.
IV. 내시경의 추가 특징부
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 일회용 샤프트부(110, 120)는 보호 및 강도를 위한 외부 캐뉼라(132) 및 다양한 조명, 광학 및 유체 운반 부품을 운반하는 내부 샤프트부(134)로 차례로 분리될 수 있다. 조명은 원위 팁 또는 그 부근의 LED에 의해 제공되거나, 핸들의 조명 소스로부터 광섬유를 통해 제공되거나, 외부 컨트롤러의 조명을 통해 제공될 수 있다.
도 2a를 다시 참조하면, 내시경은 신체 내 삽입을 위한 핸들(112, 114, 120) 및 샤프트(110)를 가질 수 있다. 샤프트(110)의 원위 단부(116)에는 카메라, 전자 이미지 센서, 또는 다른 광학 부품이 있을 수 있다. 카메라의 배향은 스코프가 고정되어 있거나 각도 조절될 수 있다. 카메라(410)는 팁(116)에 위치하여 샤프트에서 외부를 바라보거나 샤프트의 구조적 팁으로부터 짧은 거리 뒤에 오목하게 위치될 수 있다. 또한 팁 또는 팁 근처에는 LED와 같은 조명 소스가 있을 수 있다. 팁(116)은 경질의 첨단 토카 팁을 가질 수 있거나, 이미지 센서를 지나서 도달하는 스푼형 부분을 가질 수 있거나, (대장 내시경의 팁과 같은 방식으로) 유연할 수 있으며, 각각의 경우는 삽입 중에 카메라/이미지 센서(410)에 물리적 보호를 제공하거나 외과적 절단 기구로부터 카메라/이미지 센서(410)를 보호하기 위해 영상 카메라 뒤로 약간 연장될 수 있다.
조명은 가시광선, 적외선 및/또는 자외선일 수 있다. 일부 경우, 조명 LED(발광 다이오드) 또는 다른 조명 소스는 재사용 가능한 핸들(112, 114) 또는 도킹 스테이션/컨트롤러에 배치될 수 있고, 일회용 샤프트는 광을 팁으로 전달하는 광섬유(430)를 가질 수 있으며, 조인트(130)는 광학 커플러를 가질 수 있다. 다른 경우, 조명 LED는 팁(116)에 배치되어 수술 공동을 직접 조명할 수 있으며, 이러한 경우, 조인트(130)는 전원 커넥터를 가질 수 있다. 일부 경우, LED는 팁에서 오목하게 들어가거나, 샤프트의 어딘가에 배치되거나, 외부 컨트롤러에 있을 수 있으며, 광섬유(430)는 팁으로 조명 광을 전달할 수 있다. 광섬유(430)는 예를 들어, 이미지 센서 주위에 원하는 패턴으로 광을 배열하여 이미지 센서 주위의 수술 공동으로 광을 더 잘 분배할 수 있도록 분할되어 구성될 수 있다.
샤프트(110) 자체는 스테인리스 강 또는 코팅된 알루미늄과 같은 비-생체 반응성 금속으로 제조된 강체일 수 있다. 일부 경우, 내시경 팁(400) 주변의 수술 공동은 가스(일반적으로 이산화탄소)가 분사되거나 식염수로 세척될 수 있다. 어느 경우이든, 유체의 유입 및 유출은 샤프트를 통과하는 채널에 의해 영향을 받을 수 있다.
샤프트(110)는 또한 조명 LED 및 카메라(410)로 전선을 운반하고, 카메라(410)로부터 핸들의 재사용 가능한 부분(112, 114) 내의 전자 장치로 다시 광학 신호를 전달하는 신호선을 운반할 수 있다. 카메라(410)에 대한 전원은 연성 케이블 또는 인쇄 회로 기판(연성 또는 경질)의 전도체를 통해 공급될 수 있으며, 파릴렌(parylene)과 같은 컨포멀 및 절연 코팅으로 절연될 수 있다. 이 동일한 연성 회로 기판(416)은 카메라(410)의 비디오 신호를 위한 신호 전도체를 가질 수 있다. 비디오 신호는 임의의 비디오 신호 프로토콜, 예를 들어, MIPI(모바일 산업 프로세서 인터페이스) 또는 HDMI를 사용하여 카메라(410)로부터 핸들로 전송될 수 있다. 파릴렌은 또한 생체 적합성을 향상시킬 수 있다.
샤프트(110)는 또한 카메라(410)의 각도 조절을 제어하기 위한 케이블 또는 다른 기계적 요소를 운반할 수 있다.
도 3a, 도 3c, 및 도 3e를 참조하면, 회전 칼라(rotation collar)는 회전을 용이하게 하는 다양한 특징부를 가질 수 있다. 예를 들어, 함몰부(302)는 가벼운 롤 토크를 위해 손가락에 좋은 그립을 제공할 수 있다. 핀(304)은 더 큰 롤 토크를 위해 더 큰 지렛대를 제공할 수 있고, 또한 고정된 회전 기준점을 제공할 수도 있다.
버튼(310)은 조명 LED를 켜거나 끄고, 사진을 촬영하고, 비디오를 시작 및 중지하는 등의 다양한 기능을 수행할 수 있다. 하나의 버튼은 누르는 특성에 따라 이러한 모든 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 3초 동안 길게 누르면 조명 LED가 켜지거나 꺼질 수 있다. 빠르게 누르면 단일 프레임 정지 사진이 캡처될 수 있다. 더블 클릭하면 비디오 녹화가 시작 및 중지될 수 있다.
샤프트(110)의 팁(116)에 있는 카메라(410)가 각도 조절 가능하거나 다른 제어 가능한 특징부를 가지는 경우, 버튼(310) 근처에 카메라(410)의 조정을 제어하기 위한 제어 장치(예를 들어, 레버 또는 터치-슬라이드 패널 등)가 있을 수 있다.
하나 이상의 자외선 LED 또는 다른 조명 소스가 장치의 내부 구성요소 또는 장치를 통과하는 물의 멸균을 보장하는 것을 돕기 위해 핸들(112,114) 내부, 샤프트(110) 내부 또는 팁(116) 근처에 배치될 수 있다.
도 3c, 도 3e 및 도 3f를 참조하면, 세척/주입 호스(160, 162)는 핸들을 통해 다양한 지점에 진입할 수 있다. 예를 들어(도 3c), 세척/주입 호스(들)(160, 162)는 예를 들어 핀(304)을 통해 핸들의 원위 단부 근처 어딘가, 외측으로 들어갈 수 있다. 또는, 도 3e 및 도 3f에 도시된 바와 같이, 세척/주입 유체/가스 호스(들)(160, 162)는 핸들(114)의 근위 단부를 통해 들어갈 수 있다. 이 호스는 이후 조인트(130) 내의 유체 분리 조인트(320)를 통해 분리될 수 있다. 주입 유체/가스용 호스(들)(160)가 일회용 캡(120)(도 3c)을 통해 유입되는 경우, 다양한 조인트 및 변형 완화 특징부(340)가 호스(들)(160)를 제자리에 고정하는 데 사용될 수 있다.
도 3b 및 도 3f를 참조하면, USB-C 또는 미니 HDMI 커넥터와 같은 전기 커넥터(150, 152)가 카메라(410)를 핸들(114) 내부의 회로 기판에 연결하는 데 사용될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 회전-잠금 커플링(140, 142)이 회전 칼라(112)에 대한 회전 관계에서 일회용 캡(120)을 잠글 수 있다. 견고하고 탄력적인 다양한 특징부(144, 148)가 다른 힘 및 토크에 대해 이들 요소를 함께 잠글 수 있고, 해제 버튼들(146)이 일회용 캡(120)의 교체를 허용하기 위해 이들 요소를 분리되게 할 수 있다. 캡 부분(120)과 회전-잠금 커플링(140, 142) 사이의 결합은 조인트(130)가 힘(특히 토크)을 잘 지탱하고 전달할 수 있도록 조인트의 주변에 많은 응력을 배치할 수 있다.
도 2a, 도 3c 및 도 3d를 참조하면, 핸들의 고정부(114)와 회전 칼라(112) 사이의 회전은 조인트(128)의 회전 베어링을 통해 제공될 수 있다.
도 3c, 도 3d, 및 도 3e를 참조하면, 근위 핸들(114)은 다수의 구성요소, 일반적으로 부수적인 환자 접촉만 있고(따라서 교차 감염의 위험이 적고), 비용이 높고(따라서 바람직하게는 재사용이 가능하며), 멸균 가능하거나 멸균 슬리브로 덮일 수 있는 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 근위 핸들(114)은 전력 변압기, 신호 증폭기, 조명 LED 및 카메라용 제어 장치, 카메라(410)의 각도 조절을 위한 기계 제어 장치, 카메라(410)의 이미지의 조정(righting)을 위한 회전 센서 등을 보유할 수 있다. 또한, 핸들은 전원, 신호, 유체 등의 외부 소스 및 목적지에 대한 연결부를 포함할 수 있다.
근위 핸들(114)은 카메라(410)의 각도 배향이 확인될 수 있도록 회전 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 근위 핸들(114)의 내부 표면은 하나 이상의 자석(320)을 장착할 수 있고, 인쇄 회로 기판(322)(회전 칼라(112) 및 일회용 캡(120)과 함께 회전함)은 자석을 감지하는 홀 효과(hall effect) 센서(324)를 가질 수 있다. 이 센서는 회전 배향을 계산하는 데 사용될 수 있으며, 이는 다시 비디오 디스플레이 화면에서 카메라(410)의 이미지를 "조정"하는 데 사용될 수 있다.
카메라(410)가 내부에 장착되는 샤프트의 원위 팁 및 샤프트(110) 내의 구성품의 장착은 견고하게 설계될 수 있다. 종종, 수술 중에 내시경의 팁이 면도기, 절제 프로브 또는 소작(cauterization) 프로브와 접촉할 수 있으며, 팁이 그러한 접촉에 견고하게 설계되는 것이 바람직할 수 있다. 구성품이 이탈되어 환자에게 남겨질 수 있는 위험을 줄이기 위해, 일회용 샤프트와 그 구성품은 기계적 고장 위험이 높은 조인트를 피하도록 설계될 수 있다. 일회용 광학 시스템은 여러 수술 절차에서 비 일회용 광학 장치를 재사용할 때 발생하는 이미지 저하를 방지할 수 있다.
내시경은 관절경, 복강경, 대장 내시경 및 다양한 체강을 위한 기타 특수 스코프를 포함한다. 관절 수술용 관절경의 경우, 샤프트가 4.5 mm, 5 mm, 5.5 mm 또는 6 mm 정도로 작고 매우 단단할 수 있다. 대장 내시경과 같은 다른 내시경의 경우, 직경이 더 클 수 있고, 샤프트가 유연할 수 있다.
내시경은 핸들과 다수의 팁으로 제공될 수 있으며, 각 팁은 멸균을 위해 개별적으로 밀봉될 수 있다.
도 3f를 참조하면, 세척/주입 유체/가스 유입, 세척/주입 유체/가스 유출용 호스(160, 162) 및 전기 연결 코드(164)는 일회용 캡(120)에 영구적으로 부착될 수 있다(340, 342). 이러한 배열은 수술 공동으로부터 물을 운반하는, 따라서 오염된 호스(162)가 일회용이 될 수 있고, 유체가 핸들의 재사용 가능한 부분(114)과 접촉하지 않도록 할 수 있다. 호스 및 코드(160, 162)는 재사용 가능한 핸들(112, 114)의 길이에 걸쳐 이어지는 채널(354)을 통해 라우팅될 수 있다. 채널(344)은 호스와 코드(160, 162, 164) 및 커넥터(350, 352)가 쉽게 통과할 수 있을 만큼 내경이 충분히 크고, 교체 가능한 구성요소를 쉽게 교체할 수 있도록 용이한 멸균을 허용하는 연속적인 평탄 벽을 가질 수 있다. 채널(354)은 인쇄 회로 기판(322)이 중심 축에 놓일 수 있도록 중심 축에서 벗어날 수 있다. 호스 및 코드(160, 162)의 단부에 있는 커넥터(350, 352)는 채널(354)을 통과할 수 있을 정도로 작을 수 있다. 따라서, 샤프트(110), 캡(120), 호스 및 코드(160, 162)의 교체는 채널(344)을 통해 커넥터(350, 352)와 호스 및 코드(160, 162)를 스레딩함으로써 이루어질 수 있다. 전기 코드(164)는 조인트(130) 또는 그 근처에 커넥터(354)를 가질 수 있고, 수술 공동으로 유입되는 세척/주입 유체/가스용 호스(들)(160)도 마찬가지로 이 호스(들)를 재사용할 수 있도록 조인트(130)에 커넥터를 가질 수 있거나 누출 가능성을 줄이기 위해 영구적으로 부착될 수 있다(340). 호스와 케이블(160, 162)이 대략 축에 위치하면 스코프가 사용 중일 때 바람직하지 않은 케이블 플롭(flop)이 감소하고 캡(120)에 대해 바람직하지 않은 토크가 감소한다. 샤프트(120), 캡(120) 및 호스(160, 162)를 교체용 일체형 유닛으로 형성하면 누출 가능성이 감소하고 교체 작업의 무균성이 향상된다.
도 3g를 참조하면, 재사용 가능한 핸들(112, 114)은 멸균기(360)에서 멸균될 수 있다. 바람직하게는, 환자와 접촉하거나 환자와 접촉한 체액과 접촉하는 내시경(100)의 호스(들)(160, 162) 및 기타 모든 부분은 일회용이며, 재사용 가능한 부분(112, 114)을 위한 설계는 환자의 체액과의 접촉을 회피함으로써 오염을 감소시킨다. 멸균기(360)는 하나 이상의 재사용 가능한 핸들(112, 114)을 수용하고 이들 핸들을 자외선 LED(362)로부터의 자외선으로 조사하도록 배열될 수 있다. 핸들 채널(344)을 통과하는 막대(364)는 내부 채널(344)을 살균하기 위해 길이를 따라 배치된 자외선 LED(366)를 가질 수 있다.
V. 내시경 팁
내시경 팁(400)의 구성요소는 내시경 또는 관절 수술용 관절경과 같은 한정된 공간 내에 카메라 또는 비전 센서(410), 조명 방출 소스, 및 대물 렌즈 또는 윈도우를 장착할 수 있도록 설계될 수 있으며, 6 mm 이하, 5.5 mm 이하, 5 mm 이하, 4.5 mm 이하 또는 4 mm 이하의 직경을 가질 수 있다. 일부 경우, 수액 관리가 동일한 공간에서 관리될 수 있다. 일부 경우, 샤프트는 관절경에서 흔히 볼 수 있는 강도와 강성을 가질 수 있다. 일부 경우, 내시경 팁 또는 그 근처에 위치된 하나 이상의 LED를 통해 조명이 방출될 수 있다. 다른 경우, 조명 방출은 샤프트(110)의 직경 내에서 카메라 또는 비전 센서(410) 주위로 조명 광을 전도하는 광섬유(430) 및/또는 광 가이드(450)를 통해 이루어질 수 있다.
V.A. 내시경 팁의 구성요소의 성형
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 내시경 팁(400)은 상부 브레이스(412), 하부 브레이스(414) 및 연성 회로 기판(416)으로 형성될 수 있다. 카메라(410)는 연성 회로 기판(416)의 일측에 장착될 수 있고, 조명 LED는 타측에 장착될 수 있다. 투명 윈도우(420)가 내시경 시술의 조직 및 체액, 가압 주입액과 같은 외부 환경으로부터 카메라(410)를 보호할 수 있다. 전체 어셈블리는 오버몰딩을 통해 함께 고정될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 구성요소들을 조립하기 위해, 연성 회로 기판(416)의 일 단부, 즉 LED가 장착된 단부가 LED를 제자리에 고정하는 상부 브레이스(412)에 슬롯 또는 채널로 형성될 수 있다. 그런 다음, 기판(416)이 상부 브레이스(412)의 굽힘부 주위로 접혀져서 카메라(410)가 상부 브레이스(412)의 구멍을 통해 제자리에 배치될 수 있다. 접고 회전하면 LED가 센서에 가까워져 어셈블리가 팁(400)의 5 mm 직경 내에 맞춰질 수 있다. 그런 다음 하부 브레이스(414)가 제자리로 배치되어 상부 브레이스(412), 하부 브레이스(414), 회로 기판(416), LED 및 카메라(410)가 상호 정렬된 위치에 고정될 수 있다. 잠금 노치와 클립 또는 초음파 용접에 의해 이 어셈블리는 일정 시간 동안 함께 고정될 수 있다. 그런 다음 오버몰딩 단계에 의해 모든 것이 함께 고정될 수 있다.
도 4c, 도 4d, 도 4e, 도 4f 및 도 4g를 참조하면, 투명 윈도우(420)는 카메라(410)를 보호하기 위해 카메라를 덮을 수 있다. 윈도우(420)는 2가지의 두께, 즉 카메라(410) 위의 두꺼운 영역과 장착에 사용되는 부분 및 LED가 비추는 얇은 영역을 가질 수 있다. 내시경 팁(400)의 주변 융기부는 약간 윈도우(420) 너머로 연장될 수 있다. 상부 브레이스(412)는 LED를 둘러싸는 벽을 포함할 수 있다. 이들 형상은 단독으로 또는 조합으로 다음 장점 중 하나 이상을 제공할 수 있다. 첫째, 이러한 형상은 LED에서 카메라(410)로 내부 반사되는 미광을 줄일 수 있다. 둘째, 렌즈 측의 윈도우(420)의 두께는 카메라 이미지의 시야의 가장자리가 가려지거나 렌즈(460)가 가장자리 쪽으로 광을 덜 모으는 경우 주변 감광(vignetting) 아티팩트를 줄일 수 있다. 마찬가지로, 렌즈의 형상은 어안 왜곡(fisheye distortion)과 같은 왜곡을 줄이는 데 사용될 수 있다. 셋째, 융기부는 조직을 렌즈(460)에서 멀리 떨어뜨려 시야를 가리는 것을 줄이고 시야를 개선하는 경향이 있을 수 있다.
도 4e 및 도 4f의 윈도우(420)는 LED 및 카메라(410), 상부 브레이스(412), 하부 브레이스(414) 및 윈도우(420)가 있는 회로 기판(416)의 조립체 표면 위에 배치될 수 있다(도 4b, 도 4c). 그런 다음, 윈도우(420)를 가지는 어셈블리가 덮개 외피의 오버몰딩을 통해 함께 고정될 수 있다(도 4c, 도 4d, 도 4g). 이 오버몰딩은 전체 팁 어셈블리에 수밀성을 제공할 수 있다. 그런 다음 오버몰딩된 어셈블리는 내시경의 삽입 시프트의 팁에 장착할 수 있다.
도 4h, 도 4i, 도 4j 및 도 4k를 참조하면, 다른 경우, 회로 기판(416), LED, 카메라(410) 및 하부 브레이스(414)가 조립되기 전에 투명 윈도우(422)가 상부 브레이스(412) 상에 오버몰딩될 수 있다. 윈도우(422)가 오버몰딩될 때, 평탄한 플래튼(platen)이 카메라(410) 구멍을 통해 돌출되어 몰드 표면을 제공하고 윈도우(422)의 광학적으로 평탄한 뒷면을 제공하기 위해 배치될 수 있다. 몰드는 평탄형(평면형)이거나, 오버몰딩된 윈도우(422)에 볼록 또는 오목 렌즈를 형성하기 위해 원하는 곡률을 가질 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 브레이스(412)의 원주 가장자리는 오버몰딩된 윈도우(422)와 결합하는 안전한 잠금 장치를 제공하도록 하는 형상을 가질 수 있다. 그런 다음, LED를 갖는 회로 기판(416)이 슬롯에 삽입되고, 상부 브레이스(412) 주위로 접힌 다음, 하부 브레이스(414)가 제자리에 스냅되고 초음파 용접될 수 있다.
도 4a를 다시 참조하면, 우측 상부 및 우측 하부 코너에서, 그리고 도 4b를 참조하면, 상부 브레이스(412)의 우측 상부 코너 및 하부 브레이스(414)의 우측 하부 코너에서, 상부 브레이스(412) 및 하부 브레이스(414)에 성형된 에너지 디렉터(engery director)는 초음파 용접을 향상시킬 수 있다. 초음파 용접은 상부 브레이스(412), 하부 브레이스(414) 및 플로우 디렉터 구성요소 간의 접착력 및 수밀성을 향상시킬 수 있다. 에너지 디렉터는 상부 브레이스-하부 브레이스 어셈블리의 내부 표면에 삼각형 프로파일 융기부 형태로 성형될 수 있다. 에너지 디렉터의 내경은 플로우 디렉터의 외경보다 약간 작을 수 있으며, 따라서 초음파 용접은 에너지 디렉터들을 용융시켜 밀봉부를 형성한다.
종합하면, 이들 특징부는 4 mm 이하, 5 mm 이하, 4.5 mm 이하 또는 4 mm 이하와 같이 매우 작은 직경의 내시경 팁(400) 또는 내시경 샤프트보다 약간 큰 팁(400)을 제공할 수 있고, 모든 구성요소가 해당 팁 직경 내에 맞춰질 수 있다. 연성 회로 기판(416)의 양측에 LED 및 카메라(410)를 장착하면, 전체 어셈블리를 보다 쉽게 제조하는 데 도움이 될 수 있다. 이러한 제조에는 연성 회로 기판(416)의 단부를 슬롯에 삽입하고, 성형 부품 주위에 기판(416)을 감싸거나 성형 부품 사이의 채널에 기판(416)을 감싸서 다양한 구성요소를 원하는 작동 배향으로 배치하는 것이 포함될 수 있다. 이러한 굽힘 및 감쌈을 포함한 기판(416)의 위치 설정은 기판(416)의 위치 설정에 약간의 추가적인 여유를 형성할 수 있으며, 이는 약간의 변형 완화 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 구성요소들은 함께 초음파 용접될 수 있다. 오버몰딩은 구성요소를 구조적으로 함께 고정하고 수밀성을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 투명 윈도우(420, 422)는 구조적 구성요소에 오버몰딩되거나 구조적 구성요소가 투명 윈도우 위에 오버몰딩될 수 있다.
V.B. 일회용 스코프 팁용 광섬유 조명
도 4l 및 도 4w를 참조하면, 재사용 가능한 핸들을 위한 일회용 내시경(100) 또는 일회용 팁은 팁에 카메라(410)를 포함할 수 있다. 일회용 내시경(100)은 광섬유(430)를 사용하여 조명 광을 전달할 수 있다. 플라스틱 광섬유(430)는 폐기 가능한 또는 일회용 내시경 응용과 관련하여 비용, 곡선 주위를 구부릴 수 있는 유연성 및 수술 절차 중 동작과 관련하여, 개구수(numerical aperture)(광섬유가 광을 방사하는 각도의 원추부 및 광섬유가 수용하는 원추부), 수술 부위에서의 낮은 열 방출 및 제조 탄력성을 포함하여 매력적인 속성들의 조합을 제공할 수 있다. 광섬유 조명은 대상 표면이 카메라(410)에서 200 mm 또는 300 mm에 있을 수 있는 복강경과 같은 응용 분야에 적합한 조명을 제공할 수 있으며, 동시에 팁에 LED를 배치하여 발생할 수 있는 방열 문제를 방지할 수 있다. 광섬유 조명은 내시경 팁(400)의 제한된 공간에서 칩-온-팁 회로의 복잡성을 줄일 수 있다. 광섬유 조명은 내시경 팁(400)에서 조명을 변경하기 위해, 다양한 파장의 복수의 조명 소스를 광섬유의 수집 단부에서 결합하여 사용할 수 있다.
도 4l을 참조하면, 하나 이상의 조명 소스(432)는 재사용 가능한 내시경 핸들 또는 기지국/IPU/마스터 컨트롤러에 위치될 수 있다. 조명 소스(432)는 단색 LED, 백색 광원, 삼색 백색 LED, 적외선 또는 자외선 등 중 하나 이상일 수 있다. 조명 소스(432)는 LED, LED들의 조합, 플래시 램프, 백열 램프 또는 기타 조명기일 수 있다. 광섬유(430)는 연접(butt adjacency) 또는 다른 수집 메커니즘에 의해 콜렉터 단부에서 조명 소스(432)에 결합될 수 있다. 다수의 광원 장치(432)가 제공되는 일부의 경우, 이들 조명 소스는 회전 컨베이어(rotating carousel), 슬라이딩 멀티플렉서 또는 다수의 조명 소스 중 연속적인 광원을 광섬유(430)의 결합 단부와 연접 결합되게 하는 다른 스위치에 있을 수 있다. 광섬유(430)의 콜렉터 단부보다 크기가 같거나 약간 큰 광원 장치(432)는 가장 효율적인 연접 결합을 제공한다.
플라스틱 광섬유(430)는 일본 Toray Industries, Inc.의 불소화 폴리머 광섬유(상품명 Raytela™)로 사용 가능하다. 플라스틱 광섬유(430)는 유리 섬유(430)에 비해 비용을 절감할 수 있으며, 이는 일회용 또는 폐기 가능한 내시경 설계에서 특히 중요한 고려사항이 될 수 있다. 플라스틱 광섬유(430)는 2가지의 다른 굴절률을 갖는 2개의 다른 플라스틱 수지, 즉 코어로 사용되는 고굴절률 수지 및 피복층으로 사용되는 저굴절률 수지로 형성될 수 있다. 층들 사이의 경계는 섬유(430)를 따라 광을 전도하기 위한 내부 전반사를 제공할 수 있다. 섬유(430)의 직경은 여러 가지 동시 특성을 최적화하기 위해 선택될 수 있다. 광섬유당 전달할 수 있는 광량은 대략적으로 단면적에 비례한다. 광섬유의 비용은 주로 길이에 비례하며 직경에 따라서는 비용 증가가 더 작다. 마찬가지로, 제조 비용도 일반적으로 광섬유의 수에 따라 증가하고, 제조 과정에서 끊어지거나 손상되는 광섬유의 수에 따라 증가하므로 직경이 큰 광섬유의 수가 적을수록 비용이 낮아지는 경향이 있다. 반면에, 카메라(410)와 임의의 작업 채널 장치를 장착하는 것은 일반적으로 더 어렵고 광섬유는 직경이 작은 경우 작은 공간에 정합시키기가 더 쉬우므로 더 많은 수의 작은 직경의 광섬유(430)를 선호하는 경향이 있다. 이러한 장단점을 최적화하기 위해, 일부 경우, 적어도 9개의 광섬유, 적어도 12개의 광섬유 또는 적어도 15개의 광섬유가 사용될 수 있다. 섬유는 직경이 약 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.75 mm 또는 약 1 mm일 수 있다. 이들 광섬유는 스코프(100)의 작업 팁(400)의 주변 주위에 배치될 수 있다.
도 4l 및 도 4w를 참조하면, 일부 경우, 섬유(430)는 팁(400)의 360°주변 주위에 비교적 균일한 간격으로 배치될 수 있다. 카메라 렌즈(460)를 중심으로 조명 섬유(430)의 배치가 더 균일하면, 이미징 필드, 그림자 및 기타 바람직하지 않은 아티팩트에 걸쳐 조명의 가변성을 줄일 수 있다. 다른 경우, 광섬유(430) 또는 광 가이드(450)의 원위면은 적어도 약 180°, 적어도 약 240°, 적어도 약 250°, 적어도 약 260°, 적어도 약 270° 또는 적어도 약 300°와 같이 360°미만의 일부 호(arc)에 걸쳐 분포될 수 있다. 일부 경우, 내시경은 수술이 수행되는 해부학적 구조에 매우 가깝게 사용될 수 있으므로 조명 방출을 주변으로 분산하면 눈부심과 열점을 줄일 수 있다. 일부 경우, 더 큰 광섬유(430)는 주변부의 일부에 사용될 수 있고, 더 작은 광섬유(430)는 다른 기계 부품으로 붐비는 내시경의 단부 부분에 사용될 수 있다. 광섬유(430)가 360°의 균일한 분포에 가까울수록 조명이 더 균일해져 이미지가 더 좋아진다. 더 큰 개구수 또는 다른 분산을 가진 광섬유(430)를 단부에 사용하면 마찬가지로 분산을 개선하여 조명의 균일성과 이미지 품질을 향상시킬 수 있다. 비원형 섬유(430)는 섬유의 조명 단부의 더 큰 표면적을 허용하고, 따라서 더 양호한 조명을 제공하는 데 사용될 수 있다.
도 4m 및 도 4n을 참조하면, 카메라(410)는 연성 회로 기판(416) 상에 장착될 수 있다. 렌즈(434)는 내부 팁 부분(436)에 의해 제자리에 고정될 수 있고, 이들 부품은 렌즈 서브어셈블리(460)로 조립될 수 있다.
도 4o를 참조하면, 2개의 지그(440)는 내경이 팁 섀시(chassis)(438)의 외경과 일치하며 팁 섀시(438)의 외면 상의 채널의 위치에 일치하는 관통홀을 가지는 캡 형태를 가질 수 있는 데, 여기서 채널은 광섬유(430)의 원주방향 위치를 제공한다. 2개의 지그의 구멍은 일반적으로 쌍으로 서로 반대 방향으로 배치된다. 도 4p 및 도 4q를 참조하면, 광섬유(430)는 일치하는 구멍에서 일치하는 구멍으로 지그 부품의 구멍을 통해 라우팅될 수 있다. 도 4r, 도 4s 및 도 4t를 참조하면, 팁 섀시(438)는 그 주변을 따라 홈이 형성되어 광섬유(430)를 포획할 수 있고, 카메라/내부 팁 부품 어셈블리를 고정하기 위한 내부 채널 및 특징부 세트를 가질 수 있다. 도 4s 및 도 4t를 참조하면, 팁 섀시(438)는 지그(440)에 의해 제자리에 고정된 광섬유의 네스트(nest)에 배치될 수 있다. 도 4r 및 도 4t를 참조하면, 카메라/렌즈/내부 팁 부품 어셈블리가 팁 섀시(438)에 배치될 수 있고, 연성 기판(416)이 광섬유에 의해 형성된 채널에 배치될 수 있다. 그런 다음, 후방 지그(440)가 연성 기판(416) 및 광섬유(430)의 단부로부터 슬라이드 분리될 수 있다.
도 4u 및 도 4v를 참조하면, 광섬유(430)는 팁 섀시(438)의 표면과 일치하도록 절단될 수 있다. 광섬유의 단부는 연마되거나, 또는 아래 섹션 V.D에서 논의되는 바와 같이, 광을 확산시키기 위해 단부가 처리될 수 있다. 광섬유의 단부는 일반적으로 유리 또는 사파이어와 같은 윈도우(420)로 덮일 수 있다. 윈도우(420)의 외부/원위 표면은 참조로 포함된 미국 출원 제16/069,220호 및 미국 가출원 제63/193,387호에 설명된 것과 같은 코팅을 수용하도록 코팅될 수 있다. 윈도우(420)는 반사와 같은 조명 아티팩트를 줄이기 위한 코팅을 가질 수 있다. 윈도우(420, 422)는 접착제로 제자리에 고정될 수 있다. 이 접착제는 광섬유(430)의 단부와 윈도우(420) 사이의 임의의 에어 갭을 채울 수 있다. 에어 갭을 제거하면 윈도우(420)를 통한 광섬유(430)로부터의 광 투과가 향상될 수 있다. 일부 경우, 렌즈 또는 윈도우(420)는 도 4t 및 도 4u에 도시된 어셈블리 위에 오버몰딩될 수 있다. 도 4t, 도 4u 및 도 4v를 참조하면, 광섬유(430), 팁 섀시(438), 내부 팁 부분(436), 카메라(410) 및 연성 기판(416) 및 윈도우(420)의 어셈블리는 스코프의 삽입 샤프트의 스테인리스 강 튜브를 통해 끼워지고 제위치로 슬라이드되어 마찰끼움되거나 또는 에폭시 또는 광학 등급 UV 경화 접착제(뉴저지 크랜베리 소재의 Norland Products Inc. 제품, 록타이트 소재의 Henkel Adhesives division 제품, 코넥티커트 토링턴 소재의 Bymax Corp. 제품, 및 기타 제품으로부터 입수 가능)와 같은 접착제에 의해 제자리에 고정되거나 튜브의 디텐트나 변형으로 제자리에 고정될 수 있다. 접착제는 유체의 침입으로부터 팁을 밀봉하는 역할도 할 수 있다. 도 4w를 참조하면, 카메라(410)의 표면은 스테인리스 강 튜브에 함몰될 수 있다. 윈도우(420)의 표면은 튜브의 단부와 수평이거나, 또는 윈도우의 긁힘 또는 이탈로부터 보호하기 위해 약간 오목하게 리세스가 형성될 수 있다. 리세스는 완전히 평탄하거나 도 4e 및 도 4f에 도시된 것과 유사한 특징부 또는 렌즈로 투명 렌즈로 덮일 수 있다.
V.C. 광 가이드가 있는 팁 설계
광섬유(430)는 직사각형과 같이 광 전달을 향상시키는 형상으로 압출되거나, 내시경의 길이를 조명 소스로부터 내시경의 원위 단부에 있는 U-형 방출 표면까지 연장하는 U-형 광 가이드(450)로 압출될 수 있다. 일부 경우, 개별 광섬유(430)는 적어도 길이의 일부분에 대해, 팁 섀시(438, 480)의 주변을 둘러싼 투명 광 가이드의 원형 또는 U-형 링과 같은 형상의 광 가이드(450)로 대체될 수 있다. 광 가이드(450)는 광섬유와 유사한 내부 반사를 위한 2가지의 서로 다른 굴절률을 갖는 2-구성요소 구조일 수 있다. 다른 경우, 광 가이드(450)는 알루미늄, 금 또는 은과 같은 반사 코팅으로 코팅된 투명한 광 투과 매체로 형성될 수 있다. 일부 경우, 이러한 형상을 갖는 광 가이드(450)는 예를 들어, 내부 팁 부분의 길이와 같은 짧은 거리만큼만 연장될 수 있으며, 전통적인 원형 광섬유가 조명 소스로부터 팁 섀시(438, 480)의 광 가이드(450)의 근위 단부까지 광을 전달하는 데 사용될 수 있다.
도 4x 내지 도 4ee 및 도 4mm을 참조하면, 광 가이드(450)는 팁 구성요소의 주변을 따라 배치되어 광섬유(430)로부터 팁의 성형 및 이미지 캡처 구성요소 주변의 내시경의 원위 팁으로 광을 전도할 수 있다. 광 가이드(450)는 투명한 광학 플라스틱 또는 유리로 제조될 수 있다. 샤프트(110)의 외경은 외상 및 조직 손상을 줄이기 위해 작게 설계될 수 있는 반면, 카메라(410) 및 기타 구성요소는 기술이 허용하는 한도 내에서만 작을 수 있다. 따라서, 충분한 광을 전달하기에 충분히 큰 단면을 유지하면서 팁 구조의 후방에서 팁의 면으로 광을 전달하는 직경을 줄이는 것이 바람직할 수 있다. 균일한 조명을 제공하기 위해 스코프 팁 주변의 많은 부분에 조명 방출을 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 도 4x, 도 4y, 도 4z, 도 4aa, 도 4bb 및 도 4cc를 참조하면, 아치형 단면을 갖는 3개 또는 4개의 광 가이드(450)가 팁의 원주 주위에 배치될 수 있다. 각각의 광 가이드는 LED로부터 광을 전달한 하나 이상의 광 섬유(430)를 핸들 또는 컨트롤 박스에 수용할 수 있다.
도 4y는 광 가이드(450)의 단면을 도시한 것으로, 연결 지점의 대구경 광섬유(430)로부터 약 ½㎜ 이하의 두께로 좁아져 중앙의 섀시 구성요소(438, 480)와 외부 금속 샤프트(110) 사이의 광의 흐름을 압착하는 것을 보여준다. 좁아지는 영역(452)의 각도는 광 가이드(450)의 재료의 내부 반사 각도보다 작을 수 있다. 좁아지는 영역(452)에서, 표면은 높은 내부 반사를 위해 고도로 연마될 수 있다. 광섬유(430)의 축은 광 가이드(450) 두께의 중앙에 들어갈 수 있다. 이러한 배열 하에서, 1 mm 직경의 광섬유(430)의 단면과 광 가이드(450)의 단면은 거의 동일할 수 있으며, 좁아지는 영역(452)은 광섬유(430)의 광을 모두 포획하여 카메라 섀시(438, 480)와 샤프트(110)의 벽 사이에 약 0.5 mm로 좁아진 채널을 통해 광 가이드(450)로 유도하도록 설계될 수 있다.
도 4z를 참조하면, 광 가이드(450)의 표면은 오목한 플루트형(fluted) 또는 스캘럽형(scalloped)일 수 있다. 플루트(454)의 근위 단부의 플루트 영역으로의 인입부(456)는 재료의 내부 전반사 각도보다 작은 각도로 테이퍼질 수 있다. 플루트(454)는 두 가지 장점을 제공할 수 있다.
첫째, 플루트(454)는 광이 광 가이드(450)의 좁은 영역(452)으로부터 나오면서 광 가이드(450) 아래로 흐르도록 광이 조직화되도록 유도할 수 있다. 내시경의 팁에서 카메라의 협착부를 지나 광을 전도하는 영역의 광 도관은 다소 모순되는 두 가지 조건, 즉 광 가이드(450)를 통해 최대한의 광이 흐르는 것이 바람직하고, 동시에 조명 광이 카메라(410)의 전체 시야에 설쳐 분산되어야 한다는 두 가지 조건의 균형을 맞출 수 있다. 광섬유만의 분산은 내부 반사 각도인 개구수(광섬유의 양 단부의 분산 또는 수집 각도)에 의해 제한되며, 이는 다시 광섬유의 코어 층, 클래딩 층 및 광섬유의 주변 물질(일반적으로 공기) 사이의 굴절률 차이에 의해 조절된다. 광섬유의 개구수보다 큰 분산은 카메라(410)의 렌즈 시야각 가장자리(약 70°)에서 조명광이 어두움을 감소시킬 수 있다. 플루트/스캘럽(454)은 광 가이드(450) 내에서 적절한 수준의 분산을 생성하여, 광 가이드(450)에서 광이 나올 때, 스코프 단부에서의 분산이 렌즈(460)의 시야와 거의 일치할 수 있도록 할 수 있다.
둘째, 샤프트(110)의 내부 표면과 플라스틱 광 가이드의 외부 표면 사이, 광 가이드(450)의 내부 표면과 섀시(438, 480)의 외부 표면 사이에 선 접촉이 발생하여 누광을 줄일 수 있도록 광 가이드(450)가 구성된다. 광섬유(430)의 벽에는 2개의 내부 반사 계면이 있는데, 하나는 광섬유(430)의 코어와 피복층 사이에 있고 다른 하나는 광섬유(430)와 외부 공기 사이에 있다. 광 가이드(450)의 형상은 공기 서라운드를 증가시키고, 에폭시 또는 다른 물질과의 접촉을 감소시켜 누광을 감소시키도록 설계될 수 있다.
광 가이드(450)는 30°, 45°, 60°, 또는 70°오프셋 범위에서 조명 광의 더 쉽고 높은 처리량 방향을 허용할 수 있으며, 이는 조명 LED에서의 밝기, 전력 소비 및 발열을 감소시킬 수 있다.
도 4aa, 도 4bb, 및 도 4cc를 참조하면, 광 가이드(450)는 광섬유(430)를 수용하도록 형성될 수 있다. 광섬유(430)로부터 가능한 한 많은 광을 포획하여 광 가이드(450)로 전달하도록 커플링이 배치될 수 있으며, 조립을 용이하게 하기 위해 광섬유(430)를 구조적으로 유지하도록 커플링이 배치될 수 있다.
도 4dd를 참조하면, 광 가이드(450)는 광섬유(430) 자체를 변형시키는 것에 의해 형성될 수 있다. 이는 도 4aa, 도 4bb, 및 도 4cc의 연접 커플링보다 광섬유(430)로부터 광 가이드(450)로의 더 높은 처리량의 커플링에 영향을 미칠 수 있다. 광섬유는 예를 들어 증기와 같이 부드럽게 가열한 다음 압력을 가함으로써 변형될 수 있다. 매우 평탄한 표면을 제공하기 위해 고도로 연마된 몰드에 압력을 가할 수 있다. 성형된 광섬유 단부는 연접 커플링에 요구되는 고정밀 배치와 비교하여, 제조 중 작은 오정렬에 대해 더 큰 허용 오차를 제공할 수 있다.
도 4ee를 참조하면, 3개의 광 가이드(450)가 단일 부품으로서 함께 성형될 수 있다. 이는 두 가지 측면에서 조립을 용이하게 할 수 있다. 첫째, 이 기술은 3개의 작은 부품을 조립하는 대신에, 하나의 큰 부품을 관리하기 위한 조립 공정을 허용할 수 있다. 둘째, 광 가이드(450)의 세 갈래는 전면 섀시(482), 후면 섀시(484), 렌즈 어셈블리(460), 카메라 센서(410) 및 연성 기판(416)의 전체 어셈블리를 추가 조립을 위한 유닛으로 함께 고정할 수 있다(도 4jj, 도 4kk 및 도 4ll).
도 4ff, 도 4gg, 및 도 4hh를 참조하면, 렌즈 어셈블리(460)는 엔드 캡(464), 제1 렌즈(466), 스페이서/아이리스(iris)(468) 및 제2 렌즈(470)를 둘러싸는 튜브(462) 내에 형성될 수 있다. 원형 부품(464, 466, 468, 470)은 직경이 약 1 mm 또는 1.2 mm 일 수 있다. 안정적인 조립을 용이하게 하기 위해, 형상(474)은 포카 요크 원리를 구현하여 일방향으로만 적층되게 한다. 예를 들어, 원추 각도, 직선 대 곡률 등(474)은 서로 다른 조인트에서 상이할 수 있으므로 부품이 잘못된 순서로 조립될 수 없다. 2개의 렌즈 부품(466, 470)의 경우, 렌즈 자체는 중앙 원 부분(472)(도 4ff에서 눈 각막과 유사하게 나타남)일 뿐이다. 광학 렌즈는 도 4hh에서 전면 렌즈의 함몰부(472)와 후면 렌즈의 융기된 기포(472)로 나타난다. 중앙 스페이서(468)는 2개의 렌즈(466, 470) 사이의 정확한 간격을 보장하기 위해 정확한 측면 깊이를 가질 수 있고, 과도한 광을 차단하기 위해 비교적 작은 중앙 개구를 가질 수 있다. 외부 캡(464)은 포지셔닝 스페이서, 즉 다른 부품을 캡처하고 및/또는 과도한 광을 차단하기 위한 플랜지로서 기능할 수 있다. 차단해야 할 과도한 광은 광 가이드(450)에서 누출되는 광 이거나, 수술 공동 내부에서 이미지 영역 외부로 간접적으로 반사되는 광일 수 있다. 과도한 광은 이미지 품질을 저하시키지 않도록 차단될 수 있다.
도 4ii를 참조하면, 카메라 센서 칩(410)이 연성 회로 기판(416) 상에 장착될 수 있다. 도 4jj, 도 4kk를 참조하면, 전면 섀시(482) 및 후면 섀시(484)를 사용하여 팁이 형성될 수 있으며, 이는 다시 카메라(410) 및 커버 윈도우/렌즈를 제자리에 고정한다. 전면 및 후면 섀시 부품(482, 484)은 불투명 플라스틱의 단일 부품으로 성형될 수 있다. 전면 및 후면 섀시(482, 484)의 측면에는 섀시(480)의 주변으로 광 가이드(450)를 고정하는 채널(481)이 있을 수 있다. 전면 및 후면 섀시(482, 484)는 일방향으로만 결합하는 조인트에 특징부(489)를 가질 수 있다(예를 들어, 후면 섀시의 둥근 홈과 결합하는 전면 섀시(482)의 둥근 돌출부 및 각도 재현성을 보장하기 위해 사각형으로 깍인 결합 부품). 전면 섀시(482)는 카메라에 도달하는 미광 간섭을 줄이기 위한 계단식 콘 개구(486)를 가질 수 있다. 후면 섀시(484)는 광섬유 부품의 내부 반사각이 플라스틱에 대해 반사될 때보다 공기에 대해 반사될 때 더 높기 때문에 좁아지는 영역에서 광 가이드(450)와 접촉하지 않는 개구를 가질 수 있다. 렌즈 어셈블리(도 4gg, 도 4hh, 도 4jj 및 도 4kk의 460)는 전면 섀시(482)에 장착될 수 있다. 그런 다음 후면 섀시(484)를 회로 기판(416)의 길이에 걸쳐 슬라이드 하여 회로 기판(416)이 후면 섀시 부품(484)의 중앙 구멍을 통해 연장되도록 할 수 있다. 그런 다음 카메라 센서(410/회로 기판(416)을 전면 섀시(482)에 장착할 수 있다. 그런 다음 후면 섀시(484)를 전면 섀시(482)에 결합하여 렌즈 어셈블리(460), 카메라 센서(410) 및 기판(416)을 2개의 섀시 부품(482, 484)을 기준으로 제자리에 고정할 수 있다. 이러한 접근 방식은 기판(416)의 굽힘을 감소시켜 연성 기판(416)과 그 전자 장치에 부담을 줄 수 있지만, 여전히 어셈블리에 약간의 여유와 변형 완화를 제공할 수 있다.
섀시(480, 482, 484)는 차례로 투명 윈도우를 장착할 수 있다. 윈도우(420)는 성형되어 제자리에 접착될 수도 있거나, 다른 부품들을 함께 고정하는 성형 단계로서 마지막에 오버몰딩될 수 있다. 광은 광섬유로부터 광 가이드(450)를 통해 스코프의 표면으로 전달될 수 있다.
이 시점에서, 렌즈(460)의 배치는 보정될 수 있다. 일부 경우, 렌즈 튜브(462)는 강자성 또는 상자성 재료로 제조될 수 있으므로, 초점, 초점 범위 및 시야를 개선하기 위해 이미지 센서(410)에 렌즈의 초점을 맞추도록 전면 섀시(482) 내에서 렌즈 어셈블리(460)를 이동시키는 데 자석이 사용될 수 있다. 도 4jj 및 도 4kk에 도시된 바와 같이, 렌즈 어셈블리를 제자리에 고정하기 위해 마이크로니들을 통해 한 방울의 접착제를 위프홀(weep-hole)(488)을 통해 도포할 수 있다. 이는 또한 유체 침입으로부터 위프홀(488)을 밀봉한다. 그런 다음, 도 4x-4ee의 광 가이드(450)가 섀시(480)의 측면에 있는 채널(481)에 추가될 수 있고, 윈도우(420)가 섀시(480)의 전면에 추가될 수 있다. 어셈블리는 도 4mm에 도시되어 있다.
도 4ll을 참조하면, 윈도우 부분은 샤프트 튜브(110)의 가장자리와 맞물리기 위한 스텝을 가질 수 있다. 스텝 미로는 외과적 주입에 전형적인 유체 및 가압된 대기에 의한 침입에 대해 밀봉을 제공할 수 있다. 일부 경우, 윈도우는 접착제로 고정 및 밀봉될 수 있다.
전면 및 후면 섀시(480, 482, 484)는 이후 렌즈 어셈블리(460), 카메라 이미지 센서(410) 및 연성 기판(416)을 고정하고 이들을 샤프트(110) 내에 적절한 공간 관계로 고정한다. 이것은 부품 수를 감소시킨다. 섀시(480)는 한 번의 작업으로 샤프트(110)에 장착될 수 있는 어셈블리에 모든 부품을 함께 고정할 수 있으므로 제조가 용이할 수 있다. 부품(474, 489)은 포카 요크 설계 기법을 사용할 수 있으므로 부품의 구성은 단지 일방향의 조립을 허용하며 오류가 전파되기 전에 오류에 대한 주의를 환기시킬 수 있다.
V.D. 확산 단자 표면
일부 경우, 광섬유(430) 또는 광 가이드(450)의 원위 표면(490)은 거칠게 처리되거나, 연질의 백색 전구의 내부를 코팅하는 데 사용되는 코팅과 유사하게 확산 코팅으로 코팅될 수 있다. 광섬유(430) 또는 광 가이드(450)의 방출 단부(490)에서 광을 확산시킴으로써, 분산 각도가 증가되어 조명 원추 및 시야 폭이 증가하고, 바람직하지 않은 그림자 및 기타 아티팩트를 감소시킬 수 있다. 일부 경우, 분산은 광섬유(들)(430) 또는 광 가이드(들)(450)의 홀로그램 디퓨저에 의해 달성될 수 있다. 다른 경우, 디퓨저는 샌드블라스팅, 샌드블라스트 표면에 대한 성형 또는 이와 유사한 임의의 공정 등의 임의의 공정에 의해 제공될 수 있다. 다른 경우, 하나 이상의 텍스처 패턴이 광섬유(들) 또는 광 가이드(들)(450)의 팁을 위해 금형의 강에 포토 에칭될 수 있다. 텍스처의 일례는 광을 확산하도록 설계된 렌즈 프로파일을 각기 구비한 작은 원형 특징부인 일련의 마이크로 돔일 수 있다. 마이크로 돔은 특정 방향으로의 콜리메이션 또는 회절을 피하기 위해 무작위로 배치될 수 있고 크기가 무작위일 수 있으며, 이는 냉점(cold spot)을 초래할 수 있다. 일부 경우, 원위 표면(490)은 렌즈 연삭의 초기 단계와 유사한 거친 연삭 공정에 의해 거칠어질 수 있다. 오팔 유리가 광 가이드(450)의 원위 단부(490)에 매립될 수 있다. 원위 단부(490)는 원, 선 또는 육각형과 같은 다른 확산 패턴으로 텍스처화될 수 있다.
VI. 오염 방지 및 김서림 방지
VI.A. 가열
렌즈는 또한 수술 중인 체강으로부터의 수증기의 응축에 의해 김서림이 발생할 수 있다. 내시경 팁(400)은 신진대사가 없는 무생물 조직이고, 수술실은 일반적으로 매우 시원하게 유지되고 스테인리스 강 삽입 샤프트가 주변 실내 공기로부터 팁으로 그 냉기를 전달하기 때문에 체강에서 가장 차가운 지점이 될 수 있다. 일부 경우, 내시경의 팁이 가열될 수 있다. 일부 경우, 조명 LED가 약간의 가열을 제공하여 팁의 응결 및 김서림을 줄일 수 있다. 가열은 내시경이 체강 내에서 가장 차가운 지점이 되지 않을 정도로 몇 도만 가열하면 된다. 일부 경우, 추가적인 세척을 위해 주입액(식염수, 이산화탄소 또는 기타의 경우일 수 있음)을 위한 개구가 윈도우 표면 위로 유체 흐름을 유도하도록 배향될 수 있다.
VI.B. 내시경의 배송 포장을 위한 내시경의 렌즈/윈도우의 코팅을 보호하는 유체 바이알
도 5a-5c를 참조하면, 폐쇄기(104) 및/또는 내시경의 광학 렌즈/윈도우는 접착 방지 코팅으로 코팅될 수 있다. 내시경(100) 및/또는 폐쇄기(104)의 배송 또는 배송 포장은 코팅을 개선하기 위해 제조 또는 정비 시점부터 사용 시점까지 내시경의 대물 렌즈 또는 윈도우(420)의 코팅과 접촉되게 접착 방지 윤활제를 유지하기 위한 우물, 바이알 또는 기타 봉쇄 구조체(510)를 포함할 수 있다. 우물/바이알(510)은 코팅을 보존하기 위해 윤활제를 렌즈/윈도우 매트릭스 표면과 접촉하도록 유지하는 캡을 가질 수 있다. 캡은 외부 환경에 대한 밀봉부와 내시경의 샤프트 주위를 밀봉하는 밀봉부를 가질 수 있다. 윤활제는 단단한 캡 또는 유연한 콘돔에 의해 내시경 렌즈/윈도우 위에 제위치에 고정될 수 있다.
내시경(100)의 렌즈/윈도우(430)은 내시경의 광학 또는 기계적 특성을 향상시키기 위한 코팅을 가질 수 있고, 내시경을 위한 포장은 유지 매트릭스에 주입을 유지하기 위해 윤활제의 바이알 또는 우물 또는 캡(510)을 포함할 수 있다. 코팅은 내시경의 전방 시야가 선명하게 유지되도록 렌즈/윈도우 표면에 오염 물질의 축적을 줄이기 위한 접착 방지 코팅일 수 있다. 접착 방지 코팅은 두 단계로 적용될 수 있는데, 먼저 렌즈/윈도우 표면에 윤활제를 유지하기 위한 다공성 매트릭스 또는 네트워크를 구축한 다음 윤활제를 도포한다. 윤활제는 오일 또는 기타 액체 또는 젤일 수 있으므로, 윤활제는 액체 대 액체 표면으로 작용한다. 주입된 액체는 실리콘 오일(모멘티브 또는 젤레스트 폴리디메틸실록산(예, 10 cSt, 350 cSt, 500 cSt), 과불화유체(과불화오퍼하이드로페난트렌 또는 비트레온, 및 80 cSt 내지 550 cSt의 퍼플루오로폴리에테르 또는(PFPE): 듀퐁 크리톡스 시리즈) 또는 높은 투명성, 낮은 표면 에너지, 표면에 유지되는 적절한 점도 및 휘발성, 화학적 불활성, 및 미국 식품의약국(FDA) 사전 승인을 적절히 조합한 기타 액체 또는 젤 일 수 있다. 적절한 접착 방지 코팅은 https://wyss.harvard.edu/technology/tlp-a-non-stick-coating-for-medical-devices(참조로 통합됨)에서 설명되고 및 https://adaptivesurface.tech 및 그 자회사 페이지(참조로 통합)에 설명되어 있으며 미국 국립과학원 회보[2016년 10월 18일; 113(42): 11676-11681. doi: 10.1073/pnas.1605272113(2016 9월 29일)(참조로 통합됨)]에서 스테피 서니(Steffi Sunny) 등에 의한 내시경의 수술 현장 가시성 향상을 위한 투명 방오 재료에 기술된 바와 같은, 매사추세츠주 캠브리지에 소재한 어댑티브 서피스 테크놀로지스(Adaptive Surface Technologies, Inc.)에 의한 미끄러운 액체 주입 다공성 표면(SLIPS) 코팅 및 기타 발수 코팅과 첨가제로 상업적으로 개발한, 2018년 10월 24일자 출원된 방오 내시경 및 그 용도의 미국 특허 출원 제16/069,220호에 설명된 하버드 대학교의 한스요르그 비스 생물학 영감 공학 연구소에서 개발된 박층 과불화탄소(TLP) 코팅에 설명되어 있다.
우물 또는 바이알은 커버가 보호 오일 또는 젤을 유지하기 위한 적절한 밀봉부(512)를 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 커버 주위의 가장자리는 미로 밀봉부를 가질 수 있다. 단부 벽의 두 구성요소는 각각 내시경 샤프트의 180도보다 약간 큰 각도를 포함하여 밀봉부를 형성할 수 있다. 맞대어진 2개의 구성요소는 서로에 대해 미로 밀봉부를 가질 수 있다. 밀봉부(512)의 특성은 윤활제의 점도 및 캡의 재료에 대한 윤활제의 표면 에너지에 따라 달라질 수 있다.
내시경(100)이 사용 중일 때, 과잉의 윤활제는 닦아낼 수 있다. 윤활제가 생체 불활성이고 무독성인 경우, 윤활제는 침투의 일부 단계 중에 렌즈를 보호하기 위해 제자리에 남겨질 수 있다.
도 5a를 다시 참조하면, 내시경의 배송, 인도 또는 보관 케이스는 접착 방지 윤활제를 위한 우물 또는 바이알 또는 기타 고정부 이외에 하나 이상의 스코프 삽입 샤프트, 핸들, 다양한 호스 및 코드, 폐쇄기(104)를 위한 구획을 가질 수 있다.
VII. 오프셋 시야 내시경 삽입 시 사용하기 위한 광학 보정 기능이 있는 렌즈 캡
도 5d-5j를 참조하면, 엔드 캡(520)은 내시경의 단부에 부착되어 시야각을 변경하여 하나의 내시경이 수술 절차 중의 두 가지 다른 단계에 사용될 수 있도록 할 수 있다. 시야각이 30°오프셋된 내시경을 사용하여 침투하는 동안, 내시경에는 굴절 캡 또는 프리즘이 장착되어 광을 굴절시켜 오프셋 각도를 줄일 수 있다. 굴절 캡(520)에 의한 굴절은 0°축 시야 또는 3°, 5° 또는 10°와 같이 거의 제로 각도에 가까운 각도를 산출할 수 있다. 굴절 캡(520)이 있는 스코프는 트로카(102) 및 폐쇄기(104)의 초기 침투 중에 사용되어 직선 전방 시야 또는 3°, 5° 또는 10°이내로 거의 직선의 전방 시야를 제공할 수 있다. 도 5e 및 도 5h를 참조하면, 트로카(102) 및 폐쇄기(104)가 수술 부위에 도달하면, 굴절 캡(520)을 내시경(100)에서 제거하여 30°오프셋 스코프를 얻을 수 있다. 제거하려면 내시경(100)을 빼낸 다음 다시 삽입하는 것이 필요하다. 그런 다음, 도 5f를 참조하면, 내시경(100)은 30°오프셋 시야로 수술 절차에 사용되도록 트로카(102) 아래로 복귀될 수 있다. 일반적으로, 폐쇄기(104)는 칩입 관통이 완료되면 폐기된다.
굴절 캡(520)은 폴리카보네이트, 아크릴, 스티렌, 폴리올레핀, 실리콘 또는 실리카(이산화규소)와 같은 무기 투명 물질과 같은 투명한 플라스틱으로 성형될 수 있다. 일부 경우, 굴절 캡은 내시경이 폐쇄기 없이 사용되는 경우 첨단 관통점을 제공하는 등 광의 굴절과 다양한 기계적 기능을 결합하기 위해 유리와 플라스틱 또는 2종의 다른 플라스틱 수지와 같은 여러 재료로 형성될 수 있다. 도 5i 및 도 5j를 참조하면, 굴절 캡(520)은 상이한 특성을 제공하는 상이한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 굴절률이 높은 프리즘(524)이 굴절률이 낮은 플라스틱에 매립될 수 있으며, 따라서 플라스틱은 원하는 방식으로 형성될 수 있다. 굴절 캡(520)은 조직 손상을 피하기 위해 외상성 라운드형 노즈(nose)(526)를 제공하도록 형성될 수 있다. 다른 경우(도 5d-5f, 5j), 저굴절 플라스틱은 관통점(528)을 갖는 형상으로 형성될 수 있다. 이 관통점은 강 관통 팁에 의해 보강될 수 있다.
일면 또는 타면은 시야를 넓히거나 좁히기 위해, 또는 전방 시야를 확대 또는 축소하기 위해 볼록하거나 오목할 수 있다(530). 굴절 캡(520)은 2개의 다른 시야가 요구되는 수술의 2가지 상이한 단계에 단일 내시경을 사용할 수 있도록 허용할 수 있다. 굴절 정도는 오프셋 각도를 5°, 10°, 15°, 20°, 25° 또는 30°감소시키기에 충분할 수 있다. 일부 경우, 축 방향 0°미만의 부분 보정의 획득에 의해서도 관통 중 시야를 개선하기에 충분할 수 있다. 일부 경우, 폐쇄기(104)의 정점 지점이 광학적 왜곡을 생성할 수 있으므로, 시야 중심으로부터 그 왜곡을 멀리하기 위해 약간의 광학적 오프셋을 유지하는 것이 바람직할 수 있다.
굴절 캡(520)은 마찰끼움 또는 억지끼움(굴절 캡(520)의 내경이 내시경 팁(400)의 외경과 같거나 약간 더 작음)에 의해, 약하거나 스냅 파열되기 쉬운 접착제에 의해, 내시경(100)의 팁의 함몰부 또는 딤플과 결합하는 굴절 캡(520)의 내경 상의 작은 범프, 내시경(100)의 작은 돌출 스터드와 결합하는 굴절 캡(520)의 내경 상의 나사산 또는 채널을 통해, 또는 다른 커넥터에 의해 내시경(100)의 팁에 부착될 수 있다, 굴절 캡(520)의 슬리브 부분은 열수축 플라스틱 또는 연결을 고정하기 위해 수축될 수 있는 다른 재료로 형성될 수 있다. 굴절 캡(520)은 콘돔과 같은 탄성 플라스틱 슬리브에 의해 제자리에 고정될 수 있다. 굴절 캡(520)이 사용 중에 떨어지는 것은 바람직하지 않지만, 굴절 캡(520)이 있는 내시경이 폐쇄기(104) 내부에 있고, 폐쇄기(104)가 회수될 때 굴절 캡이 포획되어 제거되기 때문에 이는 심각도가 낮은 사건이다.
굴절 캡(520)은 내시경 샤프트의 통로로부터 유체 흐름 및/또는 흡입이 통과할 수 있도록 부착 슬리브를 통과하는 구멍을 가질 수 있다.
굴절 캡(520)의 표면은 레티클 또는 측정 눈금으로 에칭될 수 있다. 레티큘은 외과의가 내시경을 통해 보이는 물체의 크기를 측정할 수 있는 눈금으로 표시될 수 있다. 외과의는 또한 레티클을 사용하여 수술 영역 내에서 내시경을 정렬할 수 있다.
굴절 캡(520)은 예를 들어, 내시경으로 반사되는 광을 감소시키고, 특정 파장의 광을 차단하기 위한 광학 필터를 가질 수 있다. 필터는 편광 필터, 대역 통과 필터, 컬러 필터 또는 간섭 필터를 포함할 수 있다. 이러한 필터는 치료 및 진단 목적으로 특수 광원(예, 자외선, 적외선 또는 편광) 및 비디오 처리와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 굴절 캡(520)은 상이한 파장의 광 및/또는 광색을 사용하고 광을 필터링하여 병리를 진단하는 완전한 시스템의 일부가 될 수 있다. 또한, 굴절 캡(520)은 광에너지 치료를 제어하고 시각화하기 위해 수술 부위에 광 에너지를 전달하는 시스템의 일부로서 제공될 수도 있다.
도 5g를 다시 참조하면, 일부 경우, 내시경의 대물 렌즈/윈도우는 코팅, 예를 들어 접착 방지 코팅으로 처리될 수 있고, 내시경은 렌즈/윈도우와 굴절 캡의 프리즘의 근위 표면 사이의 공간에 접착 방지 윤활제가 공급될 수 있다. 이러한 경우, 내시경은 도 5d, 도 5e 및 도 5f에 도시된 바와 같이, 먼저 굴절 캡(520)이 부착되어 0°에 가까운 시야 오프셋을 제공하는 상태로 사용될 수 있다. 그런 다음 굴절 캡(520)을 제거하여 내시경을 30°오프셋되게 남겨두고 접착 방지 코팅된 렌즈/윈도우를 수술 공동에 노출시킬 수 있다.
VIII.
360°시야 팁
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d 및 도 6e를 참조하면, 내시경 팁(640)은 360°시야를 제공할 수 있다. 2개의 카메라(410)는 반구형 렌즈(642)가 상부에 있도록 서로 반대편에 장착될 수 있다. 반구형 렌즈(642)는 시야(644)를 넓히기 위해 (도 6d에 도시된 바와 같이) 광학적으로 오목할 수 있다. LED 또는 광섬유(430)의 발광 단부(644)는 360°조명을 제공하기 위해 팁(640) 주위에 배열될 수 있다. 전자 이미지 처리를 사용하여 2개의 반구형 시야를 전체 360° 시야로 결합할 수 있다.
IX. 패스너, 스프링 및 기타 작은 구성요소의 회피
내시경(100)의 이동 부품 및 구조 부품들은 패스너 및 스프링과 같은 작은 구성요소들을 회피하는 기술을 이용하여 제자리에 결합 및 부착될 수 있다. 이러한 제조 기술은 성형 비용을 줄이고, 조립 비용을 줄이고, 제조 단계를 줄이고, 예를 들어 강 스프링 또는 나사와 같은 별도의 구성요소가 느슨해져 환자의 안전을 위협할 가능성을 감소시킬 수 있다. 마찬가지로, 독성이 있을 수 있는 접착제나 용매 없이도 조립이 이루어질 수 있다.
IX.A. 스프링이 없는 버튼
도 7a를 참조하면, 내시경용 제어 버튼(710)은 버튼, 그 가이드 트랙 및 스프링(712)이 단일 구성요소로 성형된 단일 구성요소로 형성될 수 있다.
이러한 단일 구성요소는 버튼의 상부에서 하부로 버튼 누름이 전달되도록 적절한 강성을 제공하고 버튼을 눌리지 않은 상태로 되돌리기 위한 복원력을 제공하기 위해 빔 구조체(712)에 적절한 탄력성을 동시에 제공하도록 제조될 수 있다. 루프 빔 구조체(712)는 통합된 성형 구성요소로부터 외부로 연장되는 유연한 돌출부로 성형될 수 있다. 이들 연장된 유연한 돌출부(712)는 굽힘과 비틀림의 조합으로 작용하여 버튼(710)이 해제될 때 재료의 탄성 메모리가 버튼을 초기 위치로 다시 탄성 작동시키도록 할 수 있다. 도 7b 및 도 7c는 스프링 루프(712)가 원래 성형된 평면 구성에서 정상적으로 위로 올라간 위치의 버튼을 보여준다. 도 7d 및 도 7e는 버튼이 눌려 있고 스프링 루프(712)가 비틀린 상태로 변형된 것을 보여준다.
스프링이 있는 버튼은 ABS 플라스틱으로 성형될 수 있다.
일부 경우, 핸들에는 금속 패스너 및 기타 작은 금속 부품이 있거나 조립 시 화학 접착제 등을 사용할 수 있지만, 이들은 오버몰딩 내에 전체적 또는 부분적으로 충분히 봉지되어 풀림, 이탈 또는 환자에게 유입되는 유체와의 접촉이 발생하지 않도록 할 수 있다.
IX.B. 회로 기판 위에 케이스의 오버몰딩
도 7f 및 도 7g를 참조하면, 핸들 내에 장착될 회로 기판(722)은 삽입 샤프트로 전방으로 공급되는 연결 케이블 및 지지 전원 공급 장치 및 컴퓨터 드라이버로 후방으로 공급되는 연결 케이블과 함께 저압 오버몰딩을 이용하여 오버몰딩될 수 있다(720). 오버몰딩(720)은 핸들 내에 장착할 수 있는 안전한 기계적 장착 지점을 제공하는 관통 구멍을 포함할 수 있다. 오버몰딩(720)은 제조 및 사용 중 기계적 충격으로부터 회로 기판(722)을 보호하기 위해 모든 측면을 보호하고 탄성을 갖는 커버링을 제공할 수 있다. 오버몰딩 케이스(720)는 회로 기판(722)의 양단에서 케이블(724)에 대한 변형 완화를 제공하여 케이블(724)의 당김에 의해 발생할 수 있는 손상을 줄일 수 있다. 오버몰딩(720)은 회로 기판(722)을 물의 침입으로부터 보호하기 위해 이음매가 없는 일체형 커버링을 제공할 수 있다. 오버몰딩(720)은 국제 표준 EN 60529에 따라 IP65 수준의 액체 침투로부터 보호할 수 있다. 오버몰딩 케이스(720)의 회로 기판(722)(및 핸들 내의 기타 액체에 민감한 구성요소)에 대한 액밀 보호는 핸들 내부로 멸균 액체 또는 가스를 흐르게 하여 핸들 내부를 멸균할 수 있으며, 환자에 대한 전기 충격을 방지하는 유전체 보호 기능을 제공할 수 있다. 이러한 장점은 제조를 단일 제조 단계로 줄임으로써 달성될 수 있다.
IX.C. 내부 패스너의 회피
도 7h를 참조하면, 오버몰딩 회로 기판 구조는 별도의 소형 부품 패스너 없이 단일 구조가 되는 몰딩 클립, 열 축적 및 유사한 기술을 통해 핸들 내에 장착될 수 있다. 도 7h에서, 핸들의 내부 쉘은 두 부분(732, 734)으로 성형될 수 있다. 도 7i에서 거꾸로 표시된 상부 절반부(732)는 여러 개의 성형된 보스(736)로 성형될 수 있다. 도 7h에서, 버튼은 거꾸로 뒤집혀서 제자리에 고정되어 있으며, 루프형 탄성 돌출부를 볼 수 있다. 도 7i에서, 오버몰딩된 PC 기판(720)은 보스(736) 위에 배치되어, 보스(736)가 기판 케이스의 관통 구멍을 통해 돌출된다. 도 7j에서, 보스(736)의 팁을 버튼 및 PC 보드를 제자리에 고정하는 돔 또는 헤드(738)로 용융시키기 위해 열 및/또는 초음파 진동이 사용될 수 있다.
이러한 기술들에 의해, 내시경(100)은 별도의 조립 단계가 필요하거나 이탈될 수 있는 작은 부품들 없이, 그리고 독성 접착제 또는 용매 없이도 견고한 구조체로 조립될 수 있다.
IX.D. O-링을 통한 회전 저항
도 7k 및 도 7l을 참조하면, 내부 쉘(742) 및 외부 핸들 쉘(732, 734)은 서로 상대 회전하며, 따라서 외과의는 위에서 논의된 자기 홀 효과 센서(324)를 사용하여 시야를 조정할 수 있다. 내부 핸들(742)은 회전 칼라(112)와 함께 회전한다. 내부 핸들(742)과 회전 칼라는 외부 핸들(114)에 대해 회전한다. 내부 핸들(742)과 외부 핸들 쉘(732, 734)은, 외과의가 관절경의 시야를 조정하기 위해 2개의 핸들 구성요소를 회전시킬 수 있도록 하면서, 상대 위치를 유지하기 위해 약간의 마찰을 제공하는 2개의 실리콘 O-링(740)을 통해 결합될 수 있다.
조립을 위해, 원통형 내부 핸들은 완전히 조립될 수 있고, O-링(740)은 내부 핸들(742)의 단부 위로 2개의 고정 채널에 장착될 수 있다. 그런 다음 외부 핸들 쉘(732, 734)의 2개의 절반부를 핫도그 위의 빵처럼 함께 결합하여 내부 쉘과 O-링(740)을 둘러쌀 수 있다. 그런 다음 외부 쉘(732, 734)의 2개의 절반부를 서로 초음파 용접할 수 있다.
IX.E. 외부 핸들 쉘의 2개의 절반부의 초음파 용접
도 7m 및 도 7n을 참조하면, 외부 쉘의 2개의 절반부(732, 734)는 접착제 또는 용매 없이 초음파 용접될 수 있다. 도 7o 및 도 7p를 참조하면, 2개의 외부 쉘 절반부는 초음파 용접이 시작되기 전에 일시적으로 이들을 고정하기 위해 함께 스냅될 수 있는 잠금 클립 또는 후크를 가질 수 있다.
도 7o, 도 7p, 도 7q, 도 7r, 도 7s, 도 7t, 도 7u, 도 7v, 도 7w 및 도 7x를 참조하면, 초음파 용접의 높은 효율을 보장하기 위해 다양한 에너지 디렉터 및 트로프(trough)가 설계될 수 있다. 각각의 경우, 에너지 디렉터의 높이는 결합 트로프의 깊이보다 약간 높고 에너지 디렉터의 폭은 트로프보다 약간 좁다. 초음파 진동으로 인해 에너지 디렉터가 약간 녹고 변형되어 트로프를 채울 수 있다. 초음파 용접된 이음매는 매우 근접하여 외부 핸들의 공동을 완전히 둘러싸서 외부에서 내시경 내부로 임의의 유체가 침입할 가능성을 줄일 수 있다. 임의의 유체는 병원균의 위험을 수반한다. 내시경과 같은 장치 내부의 멸균은 어렵기 때문에 재사용할 수 있는 임의의 구성요소에 대해 유체를 배제하는 것이 중요하다.
IX.F. 열가소성 엘라스토머 코팅 핸들
도 7y 및 도 7z를 참조하면, 고마찰 표면(750)이 외부 핸들 쉘(732, 734)의 외부 표면에 접착되거나 오버몰딩되어 외과의의 장갑을 낀 손과 핸들 사이에 고마찰 접촉을 제공할 수 있다. 수술 중에 외과의의 장갑 및/또는 핸들이 체액 및 기타 액체로 덮여 마찰을 감소시킬 수 있으므로 외과의가 단단한 내시경의 제어를 유지하는 데 어려움을 겪을 수 있다. 내시경 핸들을 열가소성 엘라스토머(TPE)와 같은 고마찰 화합물(750)로 덮으면 핸들은 마찰력이 높아져 외과의의 제어를 향상시킬 수 있다. 커버를 하나의 단일층으로 오버몰딩하면 유체 침입에 대한 추가적인 밀봉을 제공할 수 있다. 하나의 의료 등급 생체적합성 TPE로는 로드 아일랜드 포터켓 소재의 Teknor Apex의 Medalist MD 34940 또는 MD 34950이 있다.
X. 액체 흐름
X.A. 액밀 밀봉부
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 핸들 본체와 외피 또는 삽입 트로카(102) 사이의 조인트는 내시경과 외피/트로카(102) 사이에 O-링을 사용하지 않고 방수 밀봉을 제공하도록 설계될 수 있다. 내시경이 외피/트로카(102)에 고정되고 있을 때 이 조인트의 O-링이 수술 도중에 떨어지거나 환자에게 삽입되면 바람직하지 않을 수 있다. 도 8a 및 도 8b에서, 외피/트로카(102)의 시트 컵을 절개 단면으로 도시하여 시트의 수형 원추형 내부 표면(810)을 볼 수 있도록 하고, 내시경의 노즈에 있는 암형 결합 원추(812)를 평면도로 도시하여 외피/트로카(102)의 컵에서 수형 원추의 외부 표면과 암형 원추의 내부 표면 사이의 결합을 볼 수 있도록 한다.
도 8c는 일부 치수가 과장된 2개의 원추(810, 812)를 도시한다. 수형 원추(810)는 암형 원추(812)보다 약 ½°정도 원추각이 약간 더 날카로울 수 있다. 암형 원추(812)의 최대 직경은 수형 원추(810)의 베이스의 최대 직경보다 약간 작을 수 있으므로, 이들 2개의 표면(810, 812)은 방수 간섭 밀봉부를 형성할 것이다. 직경의 간섭은 두 원추의 직경이 19-25 mm 범위에 있을 때 ½mm 정도일 수 있다. 각도는 15°정도일 수 있으며 2개의 원추는 약 ½°정도 차이가 날 수 있다. 마찬가지로, 원추의 소단부에서, 수형 원추(810)의 외경은 암형 원추(812)의 내경과 동일할 수 있지만, 수형 원추(810)는 그 둘레에 작은 융기부(814)를 가질 수 있으며, 이 단부에서도 방수 간섭 밀봉부가 형성될 수 있다. 부품의 폴리머는 물을 적절히 밀봉하는 억지끼움을 위해 적절한 양의 탄성을 제공하도록 선택될 수 있다.
도 8d는 수형 원추의 소단부에 성형된 융기부(814)를 도시한다. 수형 원추(810)의 융기부는 외피/트로카(102)의 장착 컵에서 암형 원추(814)의 소단부 내경과 간섭 밀봉부를 형성할 수 있다. 도 8e는 두 부품이 결합된 것을 도시한다.
다른 대안으로, 내시경과 외피/트로카 캡 사이의 밀봉은 O-링을 사용할 수 있다. O-링은 내부 수형 원추의 표면의 채널에 안착되며, 그에 따라 접촉이 O-링을 변위시키는 측방 힘으로 변환되기 시작하기 전에 O-링을 채널로 압축하기 위해 암형 원추가 맞물릴 수 있다. 내시경 섀시의 면에 접하는 수형 원추의 대직경 단부에 O-링이 특히 바람직할 수 있으므로 외피/트로카 캡의 암형 표면은 O-링을 변위시킬 수 없다. 일부 경우, 원추의 각도가 15°보다 평평할 수 있으므로 트위스트 잠금 장치(섹션 XI.C의 도 9j, 도 9k 및 도 9l의 논의 참조)에 의해 생성되는 O-링에 대한 압축력이 O-링을 변위시키는 경향이 있는 길이방향 마찰력에 비해 증가된다.
X.B. 나선형 흐름 유도
도 8f를 참조하면, 유체 실제 튜브와 외피/트로카(102)의 유체 흐름 고리 사이의 챔버(820)는 물 또는 유사한 세척 유체에 나선형 흐름을 부여하기 위해 압착 원추로 설계될 수 있다. 나선형 흐름(822)은 물이 좁아지는 원추형 통로를 통해 흐를 때 베르누이 효과 및 벤츄리 효과를 통해 유도될 수 있다. 두 원추형 표면의 나선형 베인은 나선형 흐름을 더욱 가속화할 수 있다.
이러한 흐름 패턴은 여러 가지 장점을 가질 수 있다. 나선형 흐름(822)은 내시경의 팁에 있는 플로우 디렉터 구멍으로부터 물이 나올 때 압력과 유속을 증가시킬 수 있다. 나선형 흐름(822)은 카메라(410) 앞의 전면 윈도우에 축적된 임의의 이물질을 청소하는 데 도움이 될 수 있다.
XI. 성형 및 결합
XI.A. 이형 재료를 연결하기 위한 경사 슬롯
도 9a, 도 9b, 도 9c, 도 9d를 참조하면, 스테인리스 강으로 형성된 부품은 접착제를 사용하지 않고 ABS와 같은 플라스틱으로 제조된 부품에 연결될 수 있다. 이러한 기술 중 하나는 스테인리스 강에 구멍(910)을 천공하고 ABS로 오버몰딩하는 것이다. 구멍(910)은 슬롯 형태로 형성될 수 있으며, 슬롯은 기본 추력 및 회전력에 대해 경사를 이룰 수 있다. 경사 슬롯(910)은 여러 차원으로 추가적인 고정을 제공할 수 있다. ABS는 수축률이 있으므로, ABS와 스테인리스 강 사이의 유격을 제한하는 기술이 유리할 수 있다. 결합 슬롯(910)은 여러 지점, 예를 들어, 외피/트로카(102)의 베이스 컵이 장착되는 외피/트로카(102)의 베이스, 내시경의 노즈의 캐뉼라 장착부/내피/내시경 삽입 샤프트의 베이스에, 그리고 내시경 플로우 디렉터를 삽입 샤프트의 원위 단부에 결합하기 위해 여러 지점에서 사용될 수 있다.
XI.B. 폐쇄기의 구성 부품들의 결합
도 9f, 도 9g, 도 9h 및 도 9i를 참조하면, 폐쇄기(104)의 핸들/캡은 무게를 줄이고 재료비를 줄이기 위해 중공형일 수 있다. 폐쇄기(104)의 샤프트는 환자의 조직에 관통 접근 포털을 강제하는 데 사용되므로, 중실형의 스테인리스 강으로 제조될 수 있다. 도 9e에 도시된 바와 같이, 원주 홈(930)이 폐쇄기 샤프트의 핸들/근위 단부에 선반 가공되거나, 2개의 평행 절단부(930)가 밀링 가공될 수 있다. 그런 다음 폐쇄기 캡의 베이스(932)가 이 근위 단부에 오버몰딩될 수 있다. 그런 다음 핸들의 쉘(934)을 베이스 부분에 초음파 용접(936)할 수 있다. 재료의 사용을 줄여 무게와 비용을 절감하는 장점이 있다. 초음파 용접은 독성이 있을 수 있는 접착제 없이, 환자에게 탈락될 수 있는 작은 금속 부품 없이 외부 쉘을 핸들의 내부 베이스에 접합할 수 있다.
도 9h는 수형 에너지 디렉터를 도시하고, 도 9g는 암형 트로프를 도시한다. 초음파 용접(936) 후, 도 9i에 도시된 바와 같이, 2개의 부품은 함께 용융된다.
XI.C. 부품을 함께 트위스트 잠금
도 1c, 도 9j, 도 9k 및 도 9l을 참조하면, 폐쇄기 핸들의 베이요넷 상의 키홈(940)은 관통 단계 중에 둘을 함께 잠그는 외피/트로카(102)용 장착 캡의 내부에 키(942)를 수용할 수 있다. 부품을 함께 끌어당기기 위해 3°정도의 경사(944)가 있을 수 있다. 마찬가지로, 내시경의 노즈의 베이요넷의 하나 이상의 키홈은 내시경의 관찰 사용 중에 함께 고정하기 위해 외피/트로카(102)의 장착 캡의 내부에서 하나 이상의 핀과 맞물릴 수 있다. 2개의 구성요소의 키 및 키홈은 상호 호환 및 교환 가능하도록 설계될 수 있다. 이것은 제조 비용을 절감하고 수술 중 취급을 줄일 수 있다.
XII. 실시예
본 발명의 실시예는 다음 특징들 중 하나 이상을 단독으로 또는 임의의 조합으로 포함할 수 있다.
내시경(100)은 핸들 및 삽입 샤프트를 가질 수 있으며, 삽입 샤프트는 그 원위 단부에 솔리드 스테이트 카메라를 구비할 수 있다. 삽입 샤프트는 수술 중 외과의를 위해 체강 내부의 조명 및 이미징을 제공하도록 설계된 팁 또는 그 근처에 솔리드 스테이트 조명 및 이미징 회로를 가질 수 있다. 핸들의 근위부에는 조명 회로를 구동하고 이미징 회로로부터 이미징 신호를 수신하기 위한 전자 장치가 있을 수 있다. 근위 핸들 부분은 사용간에 멸균을 허용하도록 설계될 수 있다. 근위 핸들 부분과 삽입 샤프트 사이의 조인트는 삽입 샤프트를 근위 핸들 부분에 분리 가능하게 연결하도록 설계될 수 있다. 분리된 경우, 조인트는 폐기 및 교체를 위해 삽입 샤프트를 제거할 수 있도록 설계될 수 있다. 조인트는 연결시 의과의의 손에서 삽입 샤프트로 기계적 힘을 전달할 수 있고 근위 핸들 회로와 조명 및 이미징 회로 사이에 전기적 연결을 제공하도록 설계될 수 있다. 핸들에는 근위부와 원위부가 있을 수 있다. 원위부는 삽입 샤프트와 근위 핸들 부분 사이에 위치될 수 있다. 삽입 샤프트는 원위 핸들 부분에 단단히 부착될 수 있다. 조인트는 핸들의 원위부와 근위부를 연결 및 분리하도록 배치될 수 있다. 원위 핸들 부분은 외과의의 손과 삽입 샤프트 사이에 기계적 힘을 간접적으로 전달하고 근위 핸들 회로와 조명 및 이미징 회로 사이에 간접적인 전기적 연결을 제공하도록 설계될 수 있다. 핸들은 외과의가 근위 핸들 부분에 대해 삽입 샤프트의 축을 중심으로 롤 차원에서 삽입 샤프트를 회전시키는 데 도움이 되도록 설계된 표면 특징부를 갖는 회전 칼라를 포함할 수 있다. 근위 핸들 부분 내부의 전자 장치는 삽입 샤프트의 롤을 감지하고 이미징 회로로부터 수신된 표시된 이미지의 조정을 허용하도록 설계된 각도 회전 신호를 제공하도록 설계될 수 있다. 이미지 센서용 마운팅은 삽입 샤프트의 중심축에 수직인 피치 또는 요 축을 중심으로 이미지 센서의 각도 조절을 허용하도록 설계될 수 있다. 내시경 내부의 하나 이상의 자외선 LED는 내시경 내부의 영역을 멸균하도록 설계될 수 있다. 주입액 또는 가스용 호스는 근위 핸들 부분의 중심축 또는 그 근처에 놓이도록 설계될 수 있다. 각각 다른 치수를 갖는 2개 이상의 삽입 샤프트는 삽입 샤프트에 대한 요구 사항이 다른 수술에서 근위 핸들 부분을 사용할 수 있도록 각각 조인트에서 근위 핸들 부분에 연결될 수 있다. 멸균 캐비닛이 내시경의 구성요소를 멸균하도록 설계될 수 있다. 내시경 팁의 삽입 샤프트에는 단단한 근위부와 원위부가 있다. 원위부는 구부릴 수 있어 이미징 회로의 시야를 원하는 방향으로 향하게 할 수 있다. 조명기와 솔리드 스테이트 이미징 회로가 관절형의 원위부의 원위 팁 또는 그 근처에 제공된다. 조명기는 수술 중 외과의를 위해 체강 내부를 조명하도록 설계되고 이미징 회로는 체강 내부의 이미지를 캡처하도록 설계된다. 교체 가능한 내시경 팁의 커플링은 조인트의 삽입 샤프트를 핸들 부분에 분리 가능하게 연결하고 조인트를 분리하도록 설계된다. 커플링에는 기계식 커넥터가 제공된다. 조인트가 분리되면, 기계식 커넥터를 통해 삽입 샤프트가 핸들에서 분리되어 폐기 및 교체될 수 있다. 조인트가 연결되면, 조인트는 의과의의 손과 삽입 샤프트 사이에 기계적 힘을 전달하도록 설계된다. 전기 커넥터는 삽입 샤프트를 핸들의 전자 장치에 연결하도록 설계된다. 핸들의 전자장치는 조명기를 구동하고 이미징 회로로부터 이미징 신호를 수신하도록 설계되며, 핸들은 사용간에 멸균을 허용하도록 설계된다. 제어력 전달 요소는 외과의가 관절형의 원위부로 기계적 힘을 전달하여 이미징 회로의 방향을 유도할 수 있도록 설계된다. 구부릴 수 있는 원위부에는 일련의 관절형 강체 세그먼트가 포함된다. 관절형 강체 세그먼트를 덮는 외피 또는 커버는 침입이나 끼임을 줄이도록 설계된다. 구부릴 수 있는 원위부는 측면 및 높이 치수로 구부릴 수 있고 종방향 치수로 비교적 압축되지 않는 중실형 구성요소로 형성된다. 구부릴 수 있는 원위부는 중실형 외피에 대해 연장 및 수축될 수 있다. 구부릴 수 있는 원위부는 1차원으로 구부릴 수 있다. 구부릴 수 있는 원위부는 2개의 직교 치수로 구부릴 수 있다. 이미징 회로는 각도 조절 가능한 마운팅을 통해 관절형 원위부의 원위 단부 또는 그 근처에 장착된다. 각도 조절 가능한 마운팅은 평행사변형의 양면으로 설계된다. 이미징 회로는 2개의 평행사변형의 측면에 힌지 연결된 구조적 세그먼트에 장착된다. 통로와 개구는 이미징 회로 위의 렌즈나 윈도우로부터의 시야를 개선하기 위해 세척 유체를 통과시키도록 설계된다. 통로와 개구는 수술을 위해 공동을 확대하기 위해 팽창 유체를 통과시키도록 설계된다. 커플링의 기계식 커넥터는 내시경 삽입 샤프트를 핸들 부분에 부착하도록 설계된 트위스트 잠금 장치를 포함한다. 복수의 내시경 팁이 핸들과 함께 번들로 묶여 포장된다. 핸들에는 조명기를 구동하고 이미징 회로로부터 이미징 신호를 수신하도록 설계된 전자 장치가 있다. 복수의 팁과 핸들은 통합 배송 및 판매를 위해 패키징된다. 조명기는 원위 팁 또는 그 근처에 장착된 조명 LED이다. 조명기는 핸들의 조명 소스에 의해 구동되는 광섬유의 방출 단부이다. 카메라(410)는 플라스틱 케이스 내에 내장될 수 있다. 플라스틱 케이스는 체액으로부터 카메라(410)를 보호하고 작동 구성에서 팁의 구성요소를 구조적으로 고정하도록 설계된 오버몰딩된 재킷으로 형성될 수 있다. 오버몰딩된 재킷은 카메라(410)의 작동 구성에서 투명 윈도우를 유지하도록 설계될 수 있다. 오버몰딩된 구성요소는 투명한 플라스틱으로 형성될 수 있다. 오버몰딩된 구성요소는 카메라(410)의 렌즈 역할을 하도록 설계될 수 있다. 카메라(410)는 연성 회로 기판 위에 장착될 수 있다. 연성 회로 기판(416)은 조명 LED를 장착할 수 있다. LED와 카메라는 연성 회로 기판(416)의 양측에 장착될 수 있다. 카메라(410)는 투명 윈도우 뒤에 보호될 수 있다. 윈도우는 2가지 두께로 성형될 수 있는데, 장착을 위해 그리고 조명광의 통과를 허용하도록 설계된 더 얇은 부분과 카메라(410) 위로 두꺼운 부분이 있다. 핸들은 카메라(410)의 신호를 제어하고 수신하기 위한 회로를 갖춘 회로 기판을 포함할 수 있다. 핸들과 그 구성요소는 오버몰딩으로 캡처한 것을 제외하고 금속 패스너 및 접착제를 사용하지 않고 설계될 수 있다. 내시경의 제어 버튼은 리턴 스프링 역할을 하는 돌출부로 성형될 수 있다. 돌출부는 용융을 통해 내시경 핸들에 접착될 수 있다. 회로 기판은 물과 접촉하지 않도록 회로 기판을 봉지하는 플라스틱으로 오버몰딩될 수 있다. 회로 기판은 용융을 통해 핸들에 장착될 수 있다. 핸들의 구성요소는 용융을 통해 단일 구조체로 서로 결합될 수 있다. 핸들의 구성요소는 용융을 통해 단일 구조체로 결합되기 전에 2개의 구성요소를 서로 고정하도록 설계된 탄성 클립으로 결합될 수 있다. 핸들은 서로 동심인 2개의 쉘로 구성될 수 있다. 2개의 쉘의 상대 회전은 2개의 개별 쉘과 마찰 결합된 하나 이상의 O-링을 통해 제어될 수 있다. 핸들은 고마찰 엘라스토머 층을 오버몰딩했을 수 있다. 삽입 샤프트는 분리 가능한 조인트를 통해 핸들에 연결될 수 있다. 분리 가능한 조인트의 워터 조인트는 O-링 없이 간섭 밀봉부를 위해 성형될 수 있다. 분리 가능한 조인트의 워터 캐비티(cavity)는 핸들에서 삽입 샤프트로 흐르는 물에 소용돌이를 부여하도록 설계될 수 있다. 삽입 샤프트는 스테인리스 강으로 형성되고 분리 가능한 조인트를 통해 핸들에 연결될 수 있다. 내시경의 플라스틱 구성요소는 접착제 없이 플라스틱을 오버몰딩하여 삽입 샤프트의 벽에 비스듬한 각도로 정렬된 슬롯에 삽입하여 삽입 샤프트에 결합될 수 있다. 워터 조인트는 억지끼움되는 2개의 원추로 형성될 수 있다. 원추들은 대직경에서 간섭할 수 있다. 원추는 내부 수형 원추의 립에 돌출된 융기부를 통해 간섭할 수 있다. 폐쇄기(104)는 내시경 삽입을 위해 조직을 관통하도록 설계될 수 있다. 폐쇄기(104)를 트로카(102) 내에 트위스트-잠금하기 위한 특징부는 내시경을 트로카 내에 트위스트-잠금하기 위한 특징부와 호환될 수 있다.
내시경은 핸들 및 삽입 샤프트를 가질 수 있다. 삽입 샤프트는 수술 중 외과의를 위해 체강 내부의 조명 및 이미징을 제공하도록 설계된 팁 또는 그 근처에 솔리드 스테이트 조명 및 이미징 회로를 포함한다. 핸들의 근위부에는 조명 회로를 구동하고 이미징 회로로부터 이미징 신호를 수신하기 위한 전자 장치가 있으며, 근위 핸들 부분은 사용간에 멸균을 허용하도록 설계된다. 근위 핸들 부분과 삽입 샤프트 사이의 조인트는 삽입 샤프트를 근위 핸들 부분에 분리 가능하게 연결하도록 설계된다. 조인트가 분리되면, 조인트는 삽입 샤프트를 분리하여 폐기 및 교체할 수 있다. 조인트는, 연결시, 조인트가 외과의의 손으로부터 삽입 샤프트에 기계적 힘을 전달할 수 있고 근위 핸들 회로와 조명 및 이미징 회로 사이에 전기적 연결을 제공하도록 설계된다.
내시경은 핸들 및 삽입 샤프트를 가질 수 있는데, 삽입 샤프트는 수술 중 외과의를 위해 체강 내부의 조명 및 이미징을 제공하도록 설계된 팁 또는 그 근처에 솔리드 스테이트 조명 및 이미징 회로를 구비하고, 핸들의 근위부는 조명 회로를 구동하고 이미징 회로로부터 이미징 신호를 수신하기 위한 전자 장치를 갖추고, 근위 핸들은 사용간에 멸균을 허용하도록 설계될 수 있으며; 근위 핸들 부분과 삽입 샤프트 사이의 조인트는 삽입 샤프트를 근위 핸들 부분에 분리 가능하게 연결하도록 설계된다. 조인트는 폐기 및 교체를 위해 삽입 샤프트를 분리할 수 있도록 분리되어 있다. 조인트는 새로운 삽입 샤프트, 즉 외과의의 손과 삽입 샤프트 사이의 기계적 힘 전달 및 근위 핸들 회로와 조명 및 이미징 회로 사이의 전기적 연결을 제공하도록 설계된 연결부와 다시 연결된다.
본 발명의 실시예는 다음 특징부 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 핸들은 근위부 및 원위부를 가질 수 있다. 원위부는 삽입 샤프트와 근위 핸들 부분 사이에 위치될 수 있다. 삽입 샤프트는 원위 핸들 부분에 단단히 부착될 수 있다. 조인트는 핸들의 원위부와 근위부를 연결 및 분리하도록 배치될 수 있다. 원위 핸들 부분은 의과의의 손과 삽입 샤프트 사이에 기계적 힘을 간접적으로 전달하고 근위 핸들 회로와 조명 및 이미징 회로 사이에 간접적인 전기적 연결을 제공하도록 설계될 수 있다. 핸들은 외과의가 근위 핸들 부분에 대해 삽입 샤프트의 축을 중심으로 롤 차원에서 삽입 샤프트를 회전시키는 데 도움이 되도록 설계된 표면 특징부를 갖는 회전 칼라를 포함할 수 있다. 근위 핸들 부분 내부의 전자 장치는 삽입 샤프트의 롤을 감지하고 이미징 회로로부터 수신된 표시된 이미지의 조정을 허용하도록 설계된 각도 회전 신호를 제공하도록 설계될 수 있다. 이미지 센서용 마운팅은 삽입 샤프트의 중심축에 수직인 피치 또는 요 축을 중심으로 이미지 센서의 각도 조절을 허용하도록 설계될 수 있다. 내시경 내부의 하나 이상의 자외선 LED는 내시경 내부의 영역을 멸균하도록 설계될 수 있다. 세척 용액 또는 가스용 호스는 근위 핸들 부분의 중심 축 또는 그 근처에 놓이도록 설계될 수 있다. 각각 다른 치수를 갖는 2개 이상의 삽입 샤프트는 삽입 샤프트에 대한 요구 사항이 다른 수술에서 근위 핸들 부분을 사용할 수 있도록 각각 조인트에서 근위 핸들 부분에 연결될 수 있다. 멸균 캐비닛은 내시경의 구성요소를 멸균하도록 설계될 수 있다.
내시경은 핸들 및 삽입 샤프트를 가질 수 있다. 삽입 샤프트는 그 원위 단부에 솔리드 스테이트 카메라를 가질 수 있다. 카메라(410)는 체액으로부터 카메라(410)를 보호하고, 작동 구성에서 팁의 구성요소를 구조적으로 유지하도록 설계된 오버몰딩된 재킷을 갖는 플라스틱 케이스에 내장될 수 있다. 카메라(410)는 투명 윈도우 뒤로 보호될 수 있다. 윈도우는 2가지 두께로 성형될 수 있다. 장착을 위해 그리고 조명광의 통과를 허용하도록 설계된 더 얇은 부분과 카메라(410)를 덮는 두꺼운 부분이 있다. 핸들은 카메라(410)의 제어 및 신호 수신을 위한 회로를 갖춘 회로 기판 내에 유지될 수 있다. 핸들과 그 구성요소는 오버몰딩으로 캡처된 것을 제외하고는 금속 패스너와 접착제를 사용하지 않고 설계될 수 있다. 핸들은 서로 동심인 2개의 쉘로 구성될 수 있다. 2개의 쉘의 상대 회전은 2개의 쉘과 마찰 결합된 하나 이상의 O-링을 통해 제어될 수 있다. 핸들에는 고마찰 엘라스토머의 오버몰딩된 층이 있을 수 있다. 삽입 샤프트는 분리 가능한 조인트를 통해 핸들에 연결될 수 있으며, 분리 가능한 조인트의 워터 조인트는 O-링 없이 간섭 밀봉부를 위해 성형될 수 있다. 삽입 샤프트는 분리 가능한 조인트를 통해 핸들에 연결될 수 있다. 분리 가능한 조인트의 워터 캐비티는 핸들에서 삽입 샤프트로 흐르는 물에 소용돌이를 부여하도록 설계될 수 있다. 삽입 샤프트는 스테인리스 강으로 형성되고 분리 가능한 조인트를 통해 핸들에 연결될 수 있다. 내시경의 플라스틱 구성요소는 접착제 없이 플라스틱을 오버몰딩하여 삽입 샤프트의 벽에 비스듬한 각도로 정렬된 슬롯에 삽입하여 삽입 샤프트에 결합될 수 있다. 삽입 샤프트는 분리 가능한 조인트를 통해 핸들에 연결될 수 있다. 폐쇄기(104)는 내시경의 도입을 위해 조직을 관통하도록 설계될 수 있다. 폐쇄기(104)를 트로카(102) 내에 트위스트 잠금하기 위한 특징부는 내시경을 트로카(102) 내에 트위스트 잠금하기 위한 특징부와 호환될 수 있다.
오버몰딩된 재킷은 카메라(410)와의 작동 구성에서 투명 윈도우를 유지하도록 설계될 수 있다. 오버몰딩된 구성요소는 투명 플라스틱으로 형성될 수 있고, 카메라(410)의 렌즈로서 기능하도록 설계될 수 있다. 카메라(410)는 연성 회로 기판 상에 장착될 수 있다: 연성 회로 기판(416)은 그 위에 조명 LED를 장착할 수 있다. LED와 카메라는 연성 회로 기판(416)의 양측에 장착될 수 있다. 내시경의 제어 버튼은 리턴 스프링으로 작동하는 돌출부로 성형될 수 있으며, 돌출부는 용융을 통해 내시경 핸들에 부착될 수 있다. 회로 기판은 물과 접촉하지 않도록 회로 기판을 봉지하는 플라스틱으로 오버몰딩될 수 있다. 회로 기판은 용융을 통해 핸들에 장착될 수 있다. 핸들의 구성요소는 용융을 통해 단일 구조체로 서로 결합될 수 있다. 핸들의 구성요소는 용융을 통해 단일 구조체로 결합되기 전에 2개의 구성요소를 서로 고정하도록 설계된 탄성 클립으로 추가로 결합될 수 있다. 조인트는 억지끼움되는 2개의 절두원추부로 형성될 수 있다. 2개의 절두원추부는 대직경에서 간섭할 수 있다. 절두원추부는 내부 수형 원추의 립에 돌출된 융기부를 통해 간섭할 수 있다.
내시경은 핸들과 삽입 샤프트를 가질 수 있다. 삽입 샤프트는 수술 중 외과의를 위해 체강 내부의 조명 및 이미징을 제공하도록 설계된 팁 또는 그 근처에 솔리드 스테이트 조명 및 이미징 회로를 갖는다. 핸들의 근위부에는 조명 회로를 구동하고 이미징 회로로부터 이미징 신호를 수신하기 위한 전자 장치가 있으며, 근위 핸들 부분은 사용간에 멸균을 허용하도록 설계될 수 있다. 근위 핸들 부분과 삽입 샤프트 사이의 조인트는 삽입 샤프트를 근위 핸들 부분에 분리 가능하게 연결하도록 설계된다. 조인트가 분리되면 삽입 샤프트를 분리하여 폐기 및 교체할 수 있다. 조인트는 연결될 때, 조인트가 외과의의 손으로부터 삽입 샤프트에 기계적 힘을 전달할 수 있고 근위 핸들 회로와 조명 및 이미징 회로 사이에 전기적 연결을 제공하도록 설계된다.
내시경은 핸들과 삽입 샤프트를 가질 수 있으며, 삽입 샤프트는 수술 중 외과의를 위해 체강 내부의 조명 및 이미징을 제공하도록 설계된 팁 또는 그 근처에 솔리드 스테이트 조명 및 이미징 회로를 가진다. 핸들의 근위부에는 조명 회로를 구동하고 이미징 회로로부터 이미징 신호를 수신하기 위한 전자 장치가 있을 수 있다. 근위 핸들 부분은 사용간에 멸균을 허용하도록 설계될 수 있다. 근위 핸들 부분과 삽입 샤프트 사이의 조인트는 삽입 샤프트를 근위 핸들 부분에 분리 가능하게 연결하도록 설계되어 있다. 조인트는 폐기 및 교체를 위해 삽입 샤프트를 분리할 수 있도록 분리될 수 있다. 조인트는 새로운 삽입 샤프트, 즉 외과의의 손과 삽입 샤프트 사이의 기계적 힘 전달을 제공하도록 설계된 연결부 및 근위 핸들 회로와 조명 및 이미징 회로 사이의 전기적 연결부를 통해 재연결될 수 있다.
본 발명의 실시예는 다음 특징부 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 핸들은 근위부 및 원위부를 가질 수 있다. 원위부는 삽입 샤프트와 근위 핸들 부분 사이에 위치될 수 있다. 삽입 샤프트는 원위 핸들 부분에 단단히 부착될 수 있다. 조인트는 핸들의 원위부와 근위부를 연결 및 분리하도록 배치될 수 있다. 원위 핸들 부분은 외과의의 손과 삽입 샤프트 사이에 기계적 힘을 간접적으로 전달하고 근위 핸들 회로와 조명 및 이미징 회로 사이에 간접적인 전기적 연결을 제공하도록 설계될 수 있다. 핸들은 외과의가 근위 핸들 부분에 대해 삽입 샤프트의 축을 중심으로 롤 차원에서 삽입 샤프트를 회전시키는 데 도움이 되도록 설계된 표면 특징부를 갖는 회전 칼라를 가질 수 있다. 근위 핸들 부분 내부의 전자 장치는 삽입 샤프트의 롤을 감지하고 이미징 회로로부터 수신된 표시된 이미지의 조정을 허용하도록 설계된 각도 회전 신호를 제공하도록 설계될 수 있다. 이미지 센서용 마운팅은 삽입 샤프트의 중심축에 수직인 피치 또는 요 축을 중심으로 이미지 센서의 각도 조절을 허용하도록 설계될 수 있다. 내시경 내부의 하나 이상의 자외선 LED는 내시경 내부의 영역을 멸균하도록 설계될 수 있다. 세척 용액 또는 가스용 호스는 근위 핸들 부분의 중심축 또는 그 근처에 놓이도록 설계될 수 있다. 각각 다른 치수를 갖는 2개 이상의 삽입 샤프트는 삽입 샤프트에 대한 요구 사항이 다른 수술에서 근위 핸들 부분을 사용할 수 있도록 각각 조인트에서 근위 핸들 부분에 연결될 수 있다. 멸균 캐비닛은 내시경의 구성요소를 멸균하도록 설계될 수 있다.
내시경용 교체 가능한 내시경 팁은 단단한 근위부 및 원위부를 가질 수 있다. 원위부는 이미징 회로의 시야를 원하는 방향으로 향하도록 구부릴 수 있다. 조명기 및 솔리드 스테이트 이미징 회로는 관절형 원위 부분의 원위 단부 또는 그 근처에 위치될 수 있다. 조명기는 수술 중 외과의를 위해 체강 내부를 조명하도록 설계될 수 있고, 이미징 회로는 체강 내부의 이미지를 캡처하도록 설계될 수 있다. 커플링은 교체 가능한 내시경 팁을 조인트에서 핸들 부분에 분리 가능하게 연결하고 조인트를 분리할 수 있도록 설계된다. 커플링에는 (a) 분리된 경우 교체 가능한 내시경 팁을 핸들에서 분리하여 폐기 및 교체할 수 있도록 설계된 기계식 커넥터와 (b) 연결된 경우 외과의의 손과 삽입 샤프트 사이에 기계적 힘을 전달할 수 있도록 설계된 조인트가 있다. 전기 커넥터는 교체 가능한 내시경 팁을 핸들의 전자 장치에 연결하도록 설계되고, 핸들 전자 장치는 조명기를 구동하고 이미징 회로에서 이미징 신호를 수신하도록 설계되며, 핸들은 사용간에 멸균을 허용하도록 설계될 수 있다. 제어력 전달 요소는 외과의가 구부릴 수 있는 원위부로 향하는 기계적 힘을 전달함으로써 외과의가 이미징 회로의 방향을 유도할 수 있도록 설계될 수 있다.
광학 프리즘은 내시경의 시야 오프셋 각도를 변위하도록 설계될 수 있다. 커넥터는 내시경의 축을 벗어난 초기 오프셋 각도에서 시야를 갖는 내시경의 팁에 광학 프리즘을 부착하고, 내시경이 체강에 삽입되는 동안 변위력에 대해 광학 프리즘을 유지하도록 설계된다. 광학 프리즘과 커넥터는 프리즘과 커넥터가 내시경의 광학 팁에 부착될 때 초기 오프셋에 대해 내시경 시야의 축방향 오프셋 각도를 줄이도록 설계된다. 내시경은 체강에 삽입될 수 있다. 내시경은 내시경의 축을 벗어난 초기 오프셋 각도에서 시야를 가진다. 내시경은 원위 단부에 초기 오프셋에 대해 내시경 시야의 축방향 오프셋 각도를 줄이도록 설계된 광학 프리즘을 부착하고 있다. 프리즘은 내시경을 체강에 삽입하는 동안 변위력에 대해 광학 프리즘을 유지하도록 설계된 커넥터에 의해 내시경의 원위 단부에 부착된다. 내시경은 프리즘이 부착된 상태에서 신체에서 빼낸다. 내시경에서 프리즘이 제거된다. 내시경은 초기 오프셋 각도로 시야가 확보된 상태로 체강에 다시 재삽입된다. 광학 프리즘은 내시경 시야의 오프셋 각도를 10°이하, 5°이하 또는 3°이하로 줄이도록 설계될 수 있다. 광학 프리즘은 이미지를 확대하기 위해 광학적으로 볼록할 수 있다. 광학 프리즘은 내시경의 시야를 확대하기 위해 광학적으로 오목할 수 있다. 커넥터는 기계적 힘에 의해 내시경에 부착되도록 설계될 수 있다. 광학 필터가 프리즘과 결합될 수 있다. 내시경은 내시경의 렌즈 또는 윈도우 위의 층에 접착 방지 윤활제를 포함하도록 설계된 습윤 표면을 가질 수 있다. 습윤 표면은 다공성 고체일 수 있다. 다공성 고체는 입자의 소결 또는 기타 가열에 의해 형성될 수 있다. 광학 프리즘과 커넥터는 배송을 위해 내시경에 부착될 수 있으며, 배송 중에 내시경의 렌즈 또는 윈도우과 접촉하여 접착 방지 윤활제를 유지하도록 설계될 수 있다. 바이알, 우물 또는 캐비티에는 내시경의 샤프트 주위를 밀봉하는 밀봉부를 갖는 캡이 있을 수 있다. 접착 방지 윤활제는 실리콘 오일 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 접착 방지 윤활제는 점도가 다른 실리콘 오일의 혼합물을 포함할 수 있다. 바이알 또는 캐비티는 내시경의 시야를 변위하도록 설계된 광학 프리즘을 포함할 수 있다.
내시경용 포장은 내시경의 구성요소를 유지하고, 선적 및/또는 배송을 위해 내시경을 보호하도록 설계된 기계적 특징부를 가질 수 있다. 포장에는 내시경의 렌즈 또는 윈도우과 접촉되게 접착 방지 윤활제를 유지하도록 설계된 바이알, 우물 또는 캐비티가 있다.
구부릴 수 있는 원위부는 일련의 관절형 강체 세그먼트를 포함할 수 있다. 외피 또는 커버는 침입 또는 끼임을 감소하도록 설계된 관절형의 강체 세그먼트를 덮을 수 있다. 구부릴 수 있는 원위부는 측면 및 높이 치수로 구부릴 수 있고 종방향 치수로 압축할 때 비교적 압축되지 않는 중실형 구성요소로 형성될 수 있다. 구부릴 수 있는 원위부는 중실형 외피로부터 연장 및 수축될 수 있다. 구부릴 수 있는 원위부는 1차원으로 구부릴 수 있다. 구부릴 수 있는 원위부는 2개의 직교 치수로 구부릴 수 있다. 이미징 회로는 각도 조절 가능한 마운팅을 통해 구부릴 수 있는 원위부의 원위 팁 또는 그 근처에 장착될 수 있다. 각도 조절 가능한 마운팅은 평행사변형의 양면으로 설계될 수 있으며, 이미징 회로는 2개의 평행사변형 측면에 힌지 연결된 구조적 세그먼트에 장착될 수 있다. 통로와 개구는 이미징 회로 위의 렌즈나 윈도우에서 시야를 개선하기 위해 세척 유체를 통과시키도록 설계될 수 있다. 통로와 개구는 수술을 위해 공동을 확대하기 위해 팽창 유체를 통과시키도록 설계될 수 있다. 커플링의 기계적 커넥터는 내시경의 교체 가능한 내시경 팁을 핸들 부분에 부착하도록 설계된 트위스트 잠금 장치를 포함할 수 있다. 복수의 내시경의 교체형 내시경 팁은 재사용 가능한 핸들와 함께 통합 배송 및 판매를 위해 포장될 수 있으며, 핸들은 조명기를 구동하고 이미징 회로로부터 이미징 신호를 수신하도록 설계된 전자 장치를 포함할 수 있다. 조명기는 원위 팁 또는 그 근처에 장착된 조명 LED일 수 있다. 조명기는 핸들 내의 조명 소스에 의해 구동되는 광섬유의 방출 단부일 수 있다.
관절경은 핸들과 삽입 샤프트를 가질 수 있다. 삽입 샤프트는 그 원위 단부 근처에 솔리드 스테이트 카메라를 가질 수 있다. 샤프트는 원위 단부로 조명광을 전도하도록 설계된 광 전도체를 내장할 수 있다. 샤프트의 외경은 6 mm 이하일 수 있다. 샤프트는 관절경 수술을 위해 관절에 카메라를 삽입하기 위한 강성과 강도를 가질 수 있다. 카메라 영역의 광 전도체는 카메라와 삽입 샤프트의 내부 표면 사이의 공간을 통해 광섬유로부터 원위 단부로 조명광을 전도하도록 설계될 수 있다.
광전도 섬유는 내시경 카메라와 내시경 샤프트의 외벽 내부 표면 사이에 위치하도록 하는 형상을 갖춘 평탄형 영역을 가질 수 있고, 카메라가 볼 수 있는 수술 공동의 조명을 위해 내시경 샤프트의 원위 단부로 조명광을 전도하도록 하는 형상을 가질 수 있다. 샤프트의 직경은 6 mm 이하일 수 있다. 평탄형 영역은 플라스틱 광섬유의 영역을 가열하고, 가열된 해당 영역을 연마된 금형에서 압착함으로써 형성된다.
바람직한 실시예는 다음 중 하나 이상을 특징으로 할 수 있다. 하나 이상의 광 가이드는 광섬유로부터 원위 단부로 조명광을 전도하도록 설계될 수 있다. 광 가이드는 원형 이외의 단면을 가질 수 있다. 광 가이드는 원형 단면의 광섬유로부터 조명광을 수용하기 위한 커플링을 가질 수 있다. 카메라 영역에서의 광 가이드의 단면은, 삽입 샤프트의 반경에 대응하는 광 가이드의 치수에 있어서, 광섬유의 직경보다 좁을 수 있다. 하나 이상의 광 가이드의 내부 및 외부 표면 중 적어도 하나는 종방향으로 플루트형일 수 있다. 하나 이상의 광 가이드의 원위 표면 또는 평탄형 영역은 방출된 광을 확산하도록 설계될 수 있다. 하나 이상의 광 가이드의 원위 표면은 방출된 광을 확산하도록 설계된 표면 마이크로돔을 가질 수 있거나, 관절경에 의해 접근되는 수술 공동으로 조명의 균일성을 개선하도록 달리 구성될 수 있다. 카메라 영역에 있는 하나 이상의 광 전도체는 광섬유의 평탄형 영역으로 형성될 수 있다. 평탄형 영역은 내시경 카메라와 내시경 샤프트의 외벽의 내부 표면 사이에 위치하도록 형성될 수 있다. 평탄형 영역은 카메라가 볼 수 있는 수술 공동의 조명을 위해 내시경 샤프트의 원위 단부로 조명광을 전달하도록 하는 형상을 가질 수 있다. 샤프트는 외경이 6mm 이하일 수 있다. 평탄형 영역은 플라스틱 광섬유의 영역을 가열하여 형성될 수 있다. 평탄형 영역은 연마된 금형에서 광섬유를 압착하는 것으로 형성될 수 있다. 내시경의 원위 단부 근처에 장착하기 위한 구성 부품은 정확한 조립을 보장하기 위해 포카 요크 설계 원칙을 이용하여 성형될 수 있다. 원위 단부 근처에 장착하기 위한 렌즈 어셈블리의 구성 부품은 정확한 조립을 보장하기 위해 포카 요크 설계 원칙을 이용하여 형성화될 수 있다. 원위 단부 근처의 구성 부품은 제조 중에 렌즈 어셈블리의 초점을 조정할 수 있도록 형성될 수 있다. 내시경은 체액, 신체 조직 및/또는 주입액의 침입을 방지하기 위해 샤프트와 밀봉되도록 설계된 단부 윈도우를 가질 수 있다. 단부 윈도우는 광학 아티팩트를 줄이도록 설계될 수 있다. 아티팩트는 반사, 내시경 내 광 누출, 체액 및/또는 신체 조직에 의한 오염, 김서림일 수 있다. 카메라 영역의 광 전도체는 광원으로부터 본질적으로 연속적인 직경을 갖는 적어도 9개의 광섬유를 포함할 수 있으며, 광섬유는 직경이 약 0.5 mm 이하이고 내시경의 원위 단부 둘레의 적어도 250°에 대응하도록 배열될 수 있다. 관절경 삽입 샤프트는 원위 단부 근처에 솔리드 스테이트 카메라를 가질 수 있다. 샤프트는 원위 단부에 조명광을 전달하도록 설계된 광 전도체를 포함할 수 있다. 샤프트는 관절경 수술을 위해 관절에 카메라를 삽입하기 위한 강성과 강도를 가질 수 있다. 평탄형 영역은 카메라와 삽입 샤프트의 내부 표면 사이의 공간을 통해 광섬유로부터 원위 단부로 조명광을 전도하도록 치수가 결정될 수 있다.
본 명세서에 설명된 다양한 프로세스는 적절하게 프로그램된 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터 및 컴퓨팅 디바이스에 의해 구현될 수 있다. 일반적으로 프로세서(예를 들어, 하나 이상의 마이크로프로세서, 하나 이상의 마이크로컨트롤러, 하나 이상의 디지털 신호 프로세서)는 (예를 들어, 메모리 또는 이와 유사한 디바이스로부터) 명령어를 수신하고, 그 명령어를 실행하여, 그 명령어에 의해 정의된 하나 이상의 프로세스를 수행한다. 명령어는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램, 하나 이상의 스크립트 또는 다른 형태로 구현될 수 있다. 처리는 하나 이상의 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치(CPU), 컴퓨팅 장치, 마이크로 컨트롤러, 디지털 신호 프로세서 또는 이와 유사한 장치 또는 이들의 임의의 조합에서 수행될 수 있다. 처리를 구현하는 프로그램과 처리되는 데이터는 다양한 매체를 사용하여 저장 및 전송될 수 있다. 일부 경우, 프로세스를 구현할 수 있는 소프트웨어 명령어의 일부 또는 전부를 대신하여 또는 그와 함께 하드 와이어 회로 또는 맞춤형 하드웨어가 사용될 수 있다. 설명된 것 이외의 알고리즘이 사용될 수 있다.
프로그램 및 데이터는 목적에 적합한 다양한 미디어, 또는 컴퓨터, 프로세서 또는 이와 유사한 디바이스에 의해 판독 및/또는 기록될 수 있는 이종 미디어의 조합에 저장될 수 있다. 미디어는 비휘발성 미디어, 휘발성 미디어, 광학 또는 자기 미디어, 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 정적 램, 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 다른 자기 매체, CD-ROM, DVD, 다른 광학 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 구멍 패턴이 있는 다른 물리적 매체, 램, PROM, EPROM, 플래시-EEPROM, 임의의 다른 메모리 칩이나 카트리지 또는 다른 메모리 기술을 포함할 수 있다.
데이터베이스는 데이터베이스 관리 시스템 또는 임시 메모리 조직 체계를 사용하여 구현될 수 있다. 설명된 것과 다른 데이터베이스 구조가 쉽게 사용될 수 있다. 데이터베이스는 로컬로 또는 그러한 데이터베이스의 데이터에 액세스하는 디바이스로부터 원격으로 저장될 수 있다.
일부 경우, 처리는 하나 이상의 디바이스들과 (예를 들어, 통신 네트워크를 통해) 통신 중인 컴퓨터를 포함하는 네트워크 환경에서 수행될 수 있다. 컴퓨터는 임의의 유선 또는 무선 매체(예컨대, 인터넷, LAN, WAN 또는 이더넷, 토큰 링, 전화선, 케이블 라인, 무선 채널, 광 통신 라인, 상업 온라인 서비스 제공자, 게시판 시스템, 위성 통신 링크, 이상의 임의의 조합)를 통해 직접 또는 간접적으로 디바이스들과 통신할 수 있다. 전송 매체는 프로세서에 연결된 시스템 버스를 구성하는 전선을 포함하여 동축 케이블, 구리선 및 광섬유를 포함한다. 전송은 전송 매체 또는 다양한 프로토콜을 사용하는 다양한 주파수에서 적외선, WiFi, 블루투스 등과 같은 전자기파를 통해 이루어질 수 있다. 각 장치는 컴퓨터 또는 컴퓨터와 통신하도록 조정된 인텔® 펜티엄® 또는 센트리노™ 프로세서 기반 컴퓨터와 같은 기타 컴퓨팅 장치로 구성될 수 있다. 임의의 수 및 유형의 장치가 컴퓨터와 통신할 수 있다.
서버 컴퓨터 또는 중앙화된 권한은 필요하거나 바람직하지 않을 수 있다. 다양한 경우, 네트워크는 중앙 권한 장치를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 다양한 처리 기능들이 중앙 권한 서버, 다수의 분산 서버들 중 하나 또는 다른 분산 디바이스들에서 수행될 수 있다.
다음 출원은 참조로 통합된다. 2022년 5월 25일자 출원된 내시경이란 제목의 미국 출원 제17/824,857호; 2021년 9월 28일자 출원된 내시경이란 제목의 미국 가출원 제63/249,479호; 2021년 8월 27일자 출원된 내시경이란 제목의 미국 가출원 제63/237,906호; 2021년 6월 29일자 출원된, 구부릴 수있는 카메라 샤프트가 있는 내시경이란 제목의 미국 출원 제17/361,711호; 2021년 6월 24일자 출원된, 구부릴 수 있는 카메라 샤프트가 있는 내시경이란 제목의 미국 가출원 제63/214,296호; 내시경 팁용 접착 방지 윈도우 또는 렌즈라는 제목의 미국 가출원 제63/193,387호; 2020년 8월 19일자 출원된, 관절형 카메라 샤프트가 있는 내시경이란 제목의 미국 가출원 제63/067,781호; 2020년 7월 2일자 출원된, 관절형 카메라 샤프트가 있는 내시경이란 제목의 미국 가출원 제63/047,588호; 2020년 6월 30일자 출원된, 관절형 카메라 샤프트가 있는 내시경이란 제목의 미국 가출원 제63/046,665호; 2019년 6월 7일자 출원된, 일회용 카메라 샤프트 및 재사용 가능한 핸들이 있는 내시경이란 제목의 미국 출원 제16/434,766호; 2019년 5월 20일자 출원된, 일회용 카메라 샤프트가 장착된 내시경이란 제목의 미국 가출원 제62/850,326호; 2018년 10월 24일자 출원된, 오염 방지 내시경 및 그 용도라는 제목의 미국 출원 제16/069,220호; 2018년 8월 23일자 출원된, 일회용 카메라 샤프트가 장착된 내시경이란 제목의 미국 가출원 제62/722,150호; 2018년 6월 8일자 출원된, 일회용 카메라 샤프트가 있는 내시경이라는 제목의 미국 가출원 제62/682,585호,
설명의 명확성을 위해, 상기 설명은 가능한 모든 실시예의 대표적인 샘플, 본 발명의 원리를 가르치고 본 발명을 수행하기 위해 고려된 최상의 모드를 전달하는 샘플에 초점을 맞추었다. 본 발명은 설명된 실시예에 한정되지 않는다. 청구된 발명과 관련된 원리를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 잘 알려진 특징은 상세하게 설명되지 않을 수 있다. 본 출원 및 관련 파일 이력 전체에서 "발명"이라는 용어가 사용될 때, 이는 기술된 아이디어와 원리의 전체 모음을 의미하며, 이와 대조적으로 배타적으로 보호되는 재산권의 공식적인 정의는 청구항에 명시되어 있으며, 이는 독점적으로 통제된다. 본 설명은 가능한 모든 변형을 빠짐없이 열거하려고 시도하지 않았다. 설명되지 않은 다른 변경 또는 변형이 가능할 수 있다. 복수의 대안적 실시예가 설명되는 경우, 많은 경우 서로 다른 실시예의 요소를 결합하거나 여기에 설명된 실시예의 요소를 명시적으로 설명되지 않은 다른 변형 또는 변경과 결합하는 것이 가능할 것이다. 항목들의 목록은 명시적으로 달리 특정되지 않는 한, 항목들의 일부 또는 전부가 상호 배타적이거나 항목의 일부 또는 전부가 어떤 범주를 포괄한다는 것을 의미하지 않는다. 많은 경우, 하나의 특징 또는 특징들의 그룹이 설명된 전체 장치 또는 방법과 별도로 사용될 수 있다. 설명되지 않은 대안, 변경, 변형 및 균등물 중 다수는 다음 청구범위의 문자 그대로의 범위 내에 있으며, 다른 것들은 동등하다. 청구범위는 명세서에 설명된 특정 상세의 일부 또는 전부가 없이도 실시될 수 있다. 많은 경우, 본 명세서에 설명된 방법 단계들은 본 명세서에 제시된 것과 다른 순서로 수행될 수도 있고, 순차적으로 수형되는 대신 병렬적으로 수행될 수 있다.
Claims (21)
- 관절경으로서,
핸들 및
삽입 샤프트
를 포함하고,
상기 삽입 샤프트는 그 원위 단부 근처에 솔리드 스테이트 카메라(solid state camera)를 구비하고, 상기 샤프트는 상기 원위 단부로 조명광을 전도하도록 설계된 적어도 하나의 광 전도체를 내장하고, 상기 샤프트는 6 mm 이하의 외경을 가지며, 상기 샤프트는 관절경 수술을 위해 카메라를 관절에 삽입하기 위한 강성 및 강도를 가지며,
상기 카메라의 영역에 있는 상기 광 전도체는 상기 카메라와 상기 삽입 샤프트의 내부 표면 사이의 공간을 통해 광섬유로부터 상기 원위 단부로 조명광을 전도하도록 설계된 것인, 관절경. - 제1항에 있어서,
광섬유로부터 상기 원위 단부로 조명광을 전도하도록 설계된 하나 이상의 광 가이드
를 더 포함하고,
상기 광 가이드는 원형 이외의 단면을 가지며, 상기 광 가이드는 원형 단면의 광섬유로부터 조명광을 수용하는 커플링(coupling)을 가지며, 상기 카메라의 영역에서의 상기 광 가이드의 단면은, 상기 삽입 샤프트의 반경에 대응하는 상기 광 가이드의 치수에 있어서, 상기 광섬유의 직경보다 좁은 것인, 관절경. - 제2항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 가이드의 내부 표면 및 외부 표면 중 적어도 하나는 종방향으로 플루트형(fluted)인 것인, 관절경. - 제2항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 가이드의 원위 표면은 방출된 광을 확산시키도록 설계된 것인, 관절경. - 제4항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 가이드의 원위 표면은 방출된 광을 확산시키도록 설계된 표면 마이크로돔(surface microdome)을 가지는 것인, 관절경. - 제1항에 있어서,
상기 카메라의 영역에 있는 상기 광 전도체는 광섬유의 평탄형 영역으로 형성되고, 상기 평탄형 영역은 내시경 카메라와 내시경 샤프트의 외벽의 내부 표면 사이에 위치하도록 하는 형상을 가지며, 상기 카메라에 의해 관찰되는 수술 공동(surgical cavity)의 조명을 위해 상기 내시경 샤프트의 원위 단부로 조명광을 전도하도록 하는 형상을 가지며, 상기 내시경 샤프트는 직경이 6 mm 이하이고,
상기 평탄형 영역은, 플라스틱 광섬유의 영역을 가열하고 가열된 해당 영역을 연마된 금형에서 압착하는 것에 의해, 형성되는 것인, 관절경. - 제1항에 있어서,
상기 카메라의 영역에 있는 상기 광 전도체는, 플라스틱 광섬유의 영역을 가열하고 가열된 해당 영역을 연마된 금형에서 압착하는 것에 의해, 형성되는 것인. 관절경. - 제7항에 있어서,
상기 평탄형 영역의 내부 표면 및 외부 표면 중 적어도 하나는 종방향으로 플루트형인 것인, 관절경. - 제1항에 있어서,
상기 원위 단부 근처에 장착하기 위한 구성 부품은 정확한 조립을 보장하기 위해 포카 요크 설계 원리(poka-yoke design principle)를 이용한 형상을 갖는 것인, 관절경. - 제1항에 있어서,
상기 원위 단부 근처에 장착하기 위한 렌즈 어셈블리의 구성 부품은 정확한 조립을 보장하기 위해 포카 요크 설계 원리를 이용한 형상을 갖는 것인, 관절경. - 제1항에 있어서,
상기 원위 단부 근처의 구성 부품은 제조 중에 렌즈 어셈블리의 초점 조정을 허용하도록 형성되는 것인, 관절경. - 제1항에 있어서,
체액, 신체 조직, 및 주입액(insufflation fluid) 중 하나 이상의 침입을 방지하기 위해 상기 샤프트와 함께 밀봉하도록 설계된 단부 윈도우
를 더 포함하는, 관절경. - 제1항에 있어서,
반사; 내시경 내의 광 누출; 체액, 신체 조직, 또는 양자 모두에 의한 오염; 및 김서림으로 구성된 그룹으로부터의 하나 이상의 아티팩트(artifact)를 포함하는 광학 아티팩트를 감소시키도록 설계된 단부 윈도우
를 더 포함하는, 관절경. - 제1항에 있어서,
상기 카메라의 영역의 상기 광 전도체는 광원으로부터 본질적으로 연속적인 직경을 갖는 적어도 9개의 광섬유를 포함하고, 상기 광섬유는 직경이 약 0.5 mm 이하이며, 내시경의 원위 단부 둘레의 적어도 250°에 대응하도록 배열되는 것인, 관절경. - 광 전도 섬유로서,
내시경 카메라와 내시경 샤프트의 외벽의 내부 표면 사이에 위치하는 형상을 갖는 평탄형 영역
을 포함하고,
상기 샤프트는 직경이 6 mm 이하이고, 상기 평탄형 영역은 상기 카메라로 보게 될 수술 공동의 조명을 위해 상기 카메라와 다른 벽의 내부 표면 사이의 공간을 통해 상기 내시경 샤프트의 원위 단부로 조명광을 전도하도록 하는 형상을 가지며,
상기 평탄형 영역은, 플라스틱 광섬유의 영역을 가열하고 가열된 해당 영역을 연마된 금형에서 압착하는 것에 의해, 형성되는 것인, 광 전도 섬유. - 제15항에 있어서,
관절경 핸들 및
관절경 삽입 샤프트
를 더 포함하며,
상기 삽입 샤프트는 그 원위 단부 근처에 솔리드 스테이트 카메라를 구비하고, 상기 샤프트는 상기 원위 단부로 조명광을 전도하도록 배열된 상기 광 전도 섬유를 내장하며, 상기 샤프트는 6 mm 이하의 외경을 가지며, 상기 샤프트는 관절경 수술을 위해 카메라를 관절에 삽입하기 위한 강성 및 강도를 가지며,
상기 평탄형 영역은 상기 카메라와 상기 삽입 샤프트의 내부 표면 사이의 공간을 통해 광 섬유로부터 상기 원위 단부로 조명광을 전도하도록 치수가 형성되는 것인, 광 전도 섬유. - 제15항에 있어서,
상기 평탄형 영역의 원위 단부는 상기 수술 공동으로 광을 확산시키도록 설계된 표면을 가지는 것인, 광 전도 섬유. - 제15항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 가이드의 내부 표면 및 외부 표면 중 적어도 하나는 종방향으로 플루트형인 것인, 광 전도 섬유. - 제15항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 가이드의 원위 표면은 방출된 광을 확산시키도록 설계되는 것인, 광 전도 섬유. - 제19항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 가이드의 원위 표면은 방출된 광을 확산시키도록 설계된 표면 마이크로돔을 가지는 것인, 광 전도 섬유. - 제15항에 있어서,
상기 평탄형 영역의 내부 표면 및 외부 표면 중 적어도 하나는 종방향으로 플루트형인 것인, 광 전도 섬유.
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2022
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- 2022-09-28 WO PCT/IB2022/059262 patent/WO2023053042A1/en active Search and Examination
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023053042A1 (en) | 2023-04-06 |
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