成像裝置及相關方法與流程

2023-06-09 16:57:32 2

相關申請的交叉引用

本申請主張對2014年12月19日提交的第62/094,733號美國臨時申請的權益，該申請的公開通過引用以其整體併入在此。

本公開的多個方面大體涉及醫療系統和裝置。具體地，示例性實施例涉及增強可視化的內窺鏡醫療裝置。本公開的實施例還涵蓋上述系統和裝置的製備和使用方法。

背景技術：

醫療裝置通常被插入人體以在患者體內執行治療或診斷程序。上述裝置的一個示範例是內窺鏡，內窺鏡是導入人體被用於診斷或治療目的的柔性器械。通常而言，內窺鏡裝置通過開口(天然開口或切口)插入人體，並通過人體通道(如，食道)被輸送至體內的作業部位。內窺鏡中含有的成像裝置允許外科醫生從體外看到作業部位並遠程操作內窺鏡以在作業部位執行所需的診斷/治療程序。現在使用的內窺鏡有很多種，且本公開的實施例可用在這些不同種類的內窺鏡或其他醫療裝置的任何一種上。總之，本公開的實施例可用在可插入人體的任何種類的醫療裝置上，且允許外科醫生從體外觀察體內的區域。但是，為簡潔起見，本公開的新穎性方面將參照內窺鏡予以說明。

在典型的應用中，內窺鏡的遠端可通過人體的開口插入人體。該開口可以是自然解剖學開口，如口、直腸、陰道等，或在人體上作出的切口。內窺鏡可被推進人體中，使得內窺鏡的遠端通過穿越人體通道從插入點推進至人體內感興趣的部位(作業部位)。內窺鏡可包括一個或多個腔，其從內窺鏡的近端縱向延伸至遠端。這些腔可將各種診斷/治療裝置從體外輸送至作業部位以幫助在作業部位進行預期的程序。

其中，這些腔可包括成像腔，成像腔可包括捕捉作業部位圖像並將圖像輸送至體外以供觀察的成像組件。內窺鏡可視化被用於診斷和/或治療胃、肺和泌尿道中的多種症狀。內窺鏡不僅需要行進至目標部位，還需要提供用於診斷和/或治療的足夠的可視性。足夠的可視性要求充分的圖像質量以在觀察下呈現解剖細節。

內窺鏡可使用多種信令方案和傳輸線以將內窺鏡遠側末梢的圖像數據傳送至內窺鏡近端部處或其附近的信號處理器。由內窺鏡遠端的成像組件產生的模擬圖像信號被轉換成數位訊號。某些內窺鏡在內窺鏡的遠側末梢執行前述數字轉換。在內窺鏡的遠側末梢將模擬信號轉換成數位訊號的一個優點在於，噪聲消除數位訊號可沿內窺鏡的長度傳遞而很少甚至不減損圖像數據，因此，潛在地避免了沿內窺鏡的長度傳輸的過程中的模擬信號的衰減。但是，在遠側末梢的模擬-數字轉換的方法可增加對裝置的大小要求，且還可增加內窺鏡的成本。此外，對於設計用於小直徑解剖結構的內窺鏡而言，需要用以適配數位化組件的加大的遠端可能不可行。在此情況下，模擬信號可傳輸至數位化可發生的最近的位置。很多時候，這意味著模擬信號從內窺鏡的遠側末梢傳送至信號處理器。

對於長的傳輸線(如，在長內窺鏡內的)而言，模擬信號在內窺鏡的長度中傳遞時容易受到衰減和噪聲影響。如果內窺鏡的長度不能縮短，成像組件可設計成驅動較大負載(如，較強信號)以減少衰減作用。但是，驅動較大負載可導致較大的成像器，其可不適於用在小直徑解剖結構內的內窺鏡。

技術實現要素：

本公開的方面涉及醫療裝置(以及其他裝置)及身體部位成像的方法。

根據本公開的方面，成像醫療裝置可包括細長元件，其包括近端和遠端，遠端具有配置成傳輸模擬成像信號的成像組件。該裝置還可包括近側元件，其具有遠端，該遠端連接至細長元件近端且配置成接收基於模擬信號的衰減模擬成像信號並傳輸基於衰減的模擬成像信號的放大模擬成像信號。由成像組件傳輸的模擬成像信號可在傳輸至近側元件的過程中衰減變成衰減模擬信號。該裝置可包括信號處理器，其與近側元件電子通信且配置成接收和處理放大的模擬成像信號並基於放大的模擬信號生成數位訊號。

除此之外或作為其替代，裝置可包括一個或多個以下特徵。與信號處理器數字/電子通信的顯示器。該顯示器可配置成顯示由信號處理器生成的基於數位訊號的數字圖像。該顯示器可與信號處理器無線數字通信。細長元件可包括柔性遠側部，其配置成穿過體腔。細長元件可包括多個腔。成像組件可具有一個成像器和一個或多個照明元件，照明元件配置成為待由成像器成像的身體部位照明。近側元件可包括手柄，其配置成控制細長元件的移動。手柄可具有信號放大處理器，其配置成處理衰減的模擬成像信號並將基於衰減模擬信號的放大模擬成像信號傳送至信號處理器。成像組件可配置成通過低電壓差動信號(lvds)將模擬成像信號傳送至近側元件。傳感器可配置成檢測衰減的模擬信號和/或衰減量。放大的模擬成像信號可基本上與成像組件生成並傳送的模擬成像信號相同。多個處理器可沿近側元件分離開，其中每一處理器可配置成放大所述衰減的模擬成像信號。由近側元件近端的第一處理器生成的第一放大模擬成像信號的電壓可大於由第一處理器遠側的第二處理器生成的第二放大模擬成像信號的電壓。

根據本公開的某些方面，成像醫療裝置可包括細長元件，其包括近端和遠端，遠端具有配置成傳輸模擬成像信號的成像組件。該裝置可包括手柄，其遠端連接至細長元件的近端，可配置成處理由成像組件傳送的模擬成像信號並傳送基於經處理的模擬成像信號的數字成像信號。該裝置還可包括信號處理器，其與手柄數字通信且配置成接收數字成像信號。

除此之外或作為其替代，裝置可包括一個或多個以下特徵。與信號處理器電子通信的顯示器。顯示器可配置成顯示基於數位訊號的數字圖像。顯示器可與信號處理器無線數字連接。

根據本公開的某些方面，傳輸圖像數據的方法可包括：傳送來自醫療裝置遠側部的成像組件的模擬信號；在醫療裝置近側部接收作為所傳送的模擬信號的衰減形式的衰減模擬信號；在醫療裝置的近側部生成基於衰減模擬信號的調節模擬信號，其中調節的模擬信號與成像組件所傳送的模擬信號基本相同；將調節的模擬信號傳送至外部控制器以處理該調節的模擬信號；生成數位訊號；並顯示基於數位訊號的圖像。

除此之外或作為其替代，該方法可包括一個或多個以下特徵。從成像組件傳送的模擬信號可通過低電壓差動信號傳送。該方法還可包括在醫療裝置的遠側部和近側部之間的位置生成基於衰減模擬信號的中間調解模擬信號，其中中間調節模擬信號的電壓可低於成像組件傳送的模擬信號的電壓。圖像可在與外部控制器無線通信的顯示器上顯示。成像組件可包括一個或多個照明元件，其可配置成照亮待由成像組件成像的身體部位。

根據本公開某些方面，成像系統可包括顯示器和醫療裝置。醫療裝置可包括：細長元件，其包括近端和遠端，遠端具有配置成傳輸模擬信號的成像組件；手柄，其遠端連接至細長元件的近端且配置成處理由成像組件傳送的模擬成像信號並傳送基於經處理的模擬成像信號的數字成像信號；以及信號處理器，其與手柄數字通信且配置成接收數字成像信號。

可理解，前述一般描述和以下詳細描述僅為示例性和說明性的，且不限制所主張的特徵。

附圖說明

附圖包含在本說明中並作為本說明的一部分，其顯示本公開的示例性方面且與說明書一起用來解釋本公開的原則。

圖1是醫療成像系統一實施例的示意圖。

圖2是根據本公開一示例性實施例的傳送醫療圖像數據的示例性方法的框圖。

圖3是根據本公開另一示例性實施例的傳送醫療圖像數據的示例性方法的框圖。

具體實施方式

概覽

本公開涉及醫療裝置及醫療裝置的使用方法。醫療裝置的部分可用於在醫療程序中捕捉患者身體的圖像。醫療裝置還可包括用以處理來自醫療裝置成像組件的信號以提供數字圖像的組件。

以下將具體參照本公開的某些方面，其示範例在附圖中顯示。無論在何處，相同的參考符號在整個附圖中將指示相同或相似的部件。術語「遠側」是指在將裝置導入目標時離使用者最遠的部分。相反，術語「近側」是指將裝置放入目標內時離使用者最近的部分。

示範實施例

圖1顯示醫療成像系統10的一實施例的示意圖。系統10可包括醫療裝置12，其具有近側部14和用於插入身體的遠側部16。近側部14可包括手柄18，其具有控制器20，控制器20配置成控制裝置12的多種性能。例如，控制器20可配置成以適當的方式(例如通過機械(如線纜、凸輪、滑輪)、機電和/或電氣機制)控制裝置12的遠側部16的致動和移動。近側部14還可包括導入器部24，其配置成為一個或多個醫療工具插入通過裝置12且從裝置12的遠端26出來提供入口。例如，抓緊器、消融器、切削工具和/或成像工具可通過導入器24插入並從醫療裝置12的遠端26出來。

裝置12的遠側部16可包括細長元件17，其連接至手柄18且具有一個或多個腔28,30。細長元件17可具有適於插入身體的任何大小和形狀。細長元件17可以是柔性的且具有多種適當的表面屬性。通過裝置12的近側部14上的導入器24插入的工具可插入通過貫穿細長元件17的多個腔28,30並從裝置12的遠端26穿出，直至身體的目標部位。腔28,30可具有適於容納所插入工具的任何大小、形狀和屬性。

如圖1所示，裝置12的遠端26還可包括成像組件32，其可通過例如導入器24插入通過細長元件17。替代性地，成像組件32可形成為醫療裝置12的一部分且可在細長元件17內調整移動或可靜止。成像組件32可定位在沿細長元件17的任何適當位置，例如，與細長元件的遠端26對齊或與細長元件17的遠端26鄰近(如在遠側或近側)。

成像組件32可包括配置用於捕捉圖像的多個部件，例如光源(如lede)、透鏡、電路、數字存儲器、電源(如電池)和/或處理器。成像組件32可以任何適當的方式控制，例如通過控制器20進行電子控制。成像組件32可配置成以任何適當的方式捕捉圖像。例如，成像組件32可捕捉例如模擬圖像信號等圖像。模擬圖像信號可包括低電壓信號，其含有結合有定時信息的圖像幀中每一行的強度信息以提供同步顯示。單個水平視頻線的模擬信號可包括水平同步信號、後沿、有源像素區域、前沿等。模擬信號可以任何適當的方式傳送至位於裝置12內例如遠側部16和/或近側部14中的一個或多個處理器。例如，來自成像組件32的模擬信號可通過沿裝置12的一條或多條線纜傳送至一個或多個處理單元。所述一個或多個處理單元可以任何適當的方式(例如，通過下述的方法200和300中的一個或方法200和300的結合)調節和/或將模擬信號轉換成數位訊號。在某些示範例中，模擬信號可以是差分或單端的。

裝置12的近側部14和遠側部16可包括多個組件，其配置成控制裝置12的移動以及其他特徵。例如，一個或多個電子電路可布置在裝置12中用於控制醫療裝置12和/或插入醫療裝置12中的工具。

系統10還可包括一個或多個信號處理控制單元34，其通過無線或線纜40與裝置12電子通信。一個或多個控制單元34可包括電子電路，其配置成在裝置12和其他裝置之間接收、處理和/或傳送數據和信號。例如，控制單元34可與顯示器36電子通信，顯示器36配置成顯示基於由控制單元34處理的圖像數據和/或信號的圖像(該圖像數據和/或信號可已由裝置12的成像組件32所生成)。控制單元34可以任何適當的方式(通過線纜40或無線)與顯示器36電子通信。

顯示器36可以任何適當的方式製備且可包括觸屏輸入和/或與多種輸入和輸入裝置(如滑鼠、電子筆、印表機、伺服器和/或其他可攜式裝置)連接。

圖2所示的方法200是顯示來自成像組件(如裝置12的成像組件32)的圖像的方法的一個示範例。方法200可包括步驟202，即接收來自成像組件32的模擬圖像信號。模擬信號可通過以任何適當的材料製備配置用以傳送電信號的一條或多條線纜來傳送。模擬信號可由一個或多個具有適當的電路組件(如處理器、存儲器和電源)和存儲在存儲器中的程序的處理單元接收，用於在步驟204中將模擬信號以任何適當的方式轉換成數位訊號。例如，模擬信號可由配置成執行數位化程序指令的一個或多個數位化處理器轉換成數位訊號。數位化處理器可定位在裝置12的任何適當位置，例如在手柄18中或沿細長元件17(如緊鄰成像組件32)。在手柄中具有數位化處理的優點在於，手柄具有容納必要處理元件的足夠大小，且細長元件的橫截面積由於不必容納這些處理元件而可被最小化。在某些示範例中，數位化處理器可沿醫療裝置移動。在數位化處理器定位在成像組件32附近(如鄰近)的示範例中，由數位化處理器從成像組件32中接收的模擬信號可與成像組件32發送的模擬圖像信號相等，即，模擬信號可不經過任何衰減。

此外，數位化處理器可包括任何適當的支持電路，例如電壓調節器和/或配置成用以為靜電放電提供保護的靜電放電(esd)組件。支持電路可與數位化處理器集成在相同的印刷電路板(pcb)或集成電路(ic)上。

在某些示範例中(例如，其中數位化處理器未定位為鄰近成像組件32)，一個或多個調節處理器可配置成放大來自成像組件32的模擬信號的任何衰減並將經調節的模擬信號傳送至數位化處理器。衰減信號可以是信號強度弱於由成像組件32生成的信號的任何信號。衰減模擬信號可以任何適當的方式放大，例如通過具有電晶體-電晶體邏輯(ttl)的電路。在某些示範例中，模擬信號的方法和數位化可由相同的處理器提供。調節單元處理器可以任何適當的方式放大來自成像組件32的原始模擬圖像信號中的任何衰減。基於模擬圖像信號的數字圖像信號隨後可在步驟206中由數位化處理器或外部控制單元(如用於在如顯示器36的顯示器上顯示圖像的控制單元34)進一步處理。

在某些示範例中，數位化和/或調解處理器可包括傳感器，其配置成以任何適當的方式檢測模擬信號中的任何衰減，例如，模擬圖像信號可與數位化處理器接收的信號對比，且如果模擬信號不同於(如，小於)來自成像組件32的模擬成像信號，或低於預定的閾值(如電子預先設定和/或手動編程)，則可確定模擬成像信號已在傳送過程中被衰減且應在數位化之前予以調節。替代性地，如果傳感器確認模擬成像信號已衰減，其可確定數位化處理器應移向靠近成像組件32以避免衰減。在此示範例中，成像組件32和數位化處理器之間的最佳距離可通過一個或多個處理器電子確定並存儲在存儲器(如手柄18中的存儲器)中用於檢索和/或進一步處理。

替代性地，圖3中所示的方法300可用於從醫療裝置中提供數字圖像。方法300可包括步驟302，其中接收來自成像組件(如成像組件32)的模擬信號302。在步驟304，一個或多個調節處理器可配置成放大成像組件32中的模擬信號的任何衰減。調節處理器可以是具有任何適當組件(如存儲器和電源)的電路的一部分。存儲器可包括用於調節模擬信號的程序指令，且調節處理器可配置成執行調節程序指令以調節(放大)模擬成像信號。

一個或多個調節處理器可定位在裝置12中的任何適當位置，例如在手柄18中，或沿著細長元件17。在手柄或裝置12的近側部中具有數位化處理的優點是，裝置12的這些部分可具有容納必要處理器的足夠大小，且細長元件的橫截面積可以最小化，因為其不必容納上述處理器。調節後的模擬信號可與由成像組件32傳送的原始模擬信號基本/大約相等(如在成像組件生成的信號值的10％之內)。在某些示範例中，該方法可包括確認(如通過傳感器)模擬信號是否相對於成像組件32傳送的原始模擬信號已被衰減且確認信號衰減的程度的步驟。任何衰減的確認應由調節處理器和/或醫療裝置中配置成檢測模擬信號強度的單獨傳感器提供。

在步驟306，調節的模擬信號可由裝置12外部的調節處理器傳送至控制單元34，該控制單元34可包括數位化處理器，其配置成將經調節的模擬信號轉換成數位訊號。在步驟308中，數位訊號可隨後被處理以便於顯示。例如，由成像組件32傳送的原始模擬信號可具有約1.0v的值且可在沿裝置12的傳輸過程中衰減至約0.6v。第一調節處理器可定位在細長元件17中成像組件的近側。第一調節處理器可將0.6v的經衰減的模擬信號放大至約0.8v的值。第二調節處理器可定位在第一調節處理器的近側(如在手柄18中)且可進一步調節從第一調節處理器接收的模擬信號(0.8v)且傳送約1.0v的經放大的模擬信號用於數位化且隨後顯示圖像。

裝置12和/或控制單元34可連接至平臺或伺服器。平臺或伺服器等可包括用於分組數據通信的數據通信接口，如用於傳送模擬和/或數字成像信號。平臺還可包括中央處理單元(cpu)，其形式為一個或多個處理器，用於執行程序指令。平臺可包括內部通信總線程序存儲和數據存儲(如rom和ram)，用於由平臺處理和/或通信各種數據文件，儘管伺服器通常通過網絡通信接收編程和數據。上述設備的硬體元件、作業系統和程式語言在本質上是慣用的，且假定本領域的技術人員對此足夠熟悉。伺服器還可包括輸入和輸出埠以連接輸入和輸出裝置如鍵盤、滑鼠、觸屏、監視器、顯示器(如顯示器36)等。當然，各種伺服器功能可以分布的方式在一系列的類似平臺上實現以分配處理負載。替代性地，伺服器可通過一臺電腦的硬體平臺的適當編程來實現。

技術的程序方面可看作「產品」或「製造品」，通常以可執行代碼和/或相關數據的形式出現，這些數據被承載或體現在一種機器可讀介質中(如，配置成調節和/或數位化模擬成像信號的編程)。「存儲」型介質包括任何有形的計算機內存、處理器等，或其相關的模塊，如各種半導體存儲器、磁帶驅動器、磁碟驅動器等，其可在任何時間為軟體編程提供非暫時性存儲。

所有或部分軟體可不時地通過網際網路或各種其他電信網絡進行通信。這種通信可例如使得可將軟體從一臺電腦或處理器裝載至另一臺電腦或處理器，例如，從移動通信網絡的管理伺服器或主機電腦裝載至伺服器的電腦平臺和/或從伺服器裝載至移動裝置。因此，可承載軟體元件的另一種類型的介質包括光、電、電磁波，如跨本地設備之間的物理接口、通過有線和光學固定網絡和各種空中鏈路所使用的。

承載上述波的物理元件(如有線或無線鏈路、光鏈路等)還可視為承載軟體的介質。在本文中，除非限定為非暫時性的，有形的「存儲」介質、諸如計算機或機器「可讀介質」等術語是指參與向執行處理器提供指令的任何介質。

公開的介質裝置和方法可使用在任何適當的應用中，包括治療和/或診斷醫療程序中體內的照明和/或可視化。本文所述的任何方面可與本文所述的其他方面一同使用。裝置可用在任何適當的醫療程序，可推進穿過任何適當的體腔。例如，本文所述的裝置可用來穿過任何自然體腔或管道，包括通過口腔、陰道、直腸、鼻腔、尿道或通過在任何合適的組織中的切口到達的體腔或管道。

對於本領域的技術人員而言顯而易見的是，可對所公開的醫療裝置和方法做出各種修改和變形而不背離本公開的範圍。本公開的其他方面對本領域的技術人員而言在考慮本文所公開的特徵的說明和事件之後將是顯而易見的。其意圖是說明和示範例僅視為示範性的。