一種內窺鏡系統的製作方法

2023-10-23 11:35:22

本發明涉及無線能量傳輸設備和雷射信號傳輸設備技術領域，尤其涉及一種內窺鏡系統。

背景技術：

內窺鏡是集傳統光學、人體工程學、精密機械、現代電子、數學、軟體等於一體的檢測儀器，其具有圖像傳感器、光學鏡頭、光源照明、水氣控制等，可以經口腔進入胃內或經其他天然孔道進入體內，利用內窺鏡可以看到X射線等其它醫療設備不能顯示的病變。

目前，現有的內窺鏡系統在內窺鏡與控制裝置之間採用電連接方式來實現信號與能量的傳輸，由於信號和能量傳輸的穩定性會隨電連接單元插拔次數的增加而降低，內窺鏡清洗時需加保護蓋來保護電連接單元不被汙染並防止清洗液滲入內鏡內部，且內窺鏡與控制裝置之間的電連接會使得內窺鏡插入人體內使用時存在電氣安全隱患。

目前現有的內窺鏡隔離單元相關技術中通常使用電磁耦合技術來實現信號隔離傳輸和電能隔離傳輸；此外，也有使用光電耦合技術來實現信號隔離傳輸，使用電磁耦合技術來實現電能隔離傳輸。以上所述的內窺鏡隔離單元技術還是存在一些不足，在內窺鏡圖像的畫面品質越來越好，信號帶寬要求越來越高的情況下，上述方法中信號傳輸速度低和抗幹擾能力差的問題愈發嚴重。

鑑於上述背景技術的缺陷，本發明提供了一種內窺鏡用的電氣隔離單元和具有該單元的內窺鏡系統。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是提供了一種內窺鏡系統，不僅能實現高效的能量傳輸和高速信號的傳輸，而且結構簡單、抗幹擾能力強。

(二)技術方案

本發明提供了一種內窺鏡系統，包括內窺鏡及控制裝置，所述內窺鏡與控制裝置連接，該內窺鏡系統還包括電氣隔離單元，所述電氣隔離單元包括插頭部和插座部，所述插座部設置於靠近所述控制裝置的一側，所述插頭部與內窺鏡連接，且能對應插裝於所述插座部內；所述插頭部包括密封隔離設置的雷射信號發送組件和無線能量接收組件，所述插座部包括密封隔離設置的雷射信號接收組件和無線能量發送組件，所述雷射信號發送組件與雷射信號接收組件對應設置，所述無線能量接收組件與無線能量發送組件對應設置；所述插頭部與所述插座部之間無任何電氣信號連接，所述插頭部中的電路及導電體與所述控制裝置中的電路電氣隔離。

進一步的，所述插頭部和插座部上還分別對應設有低速信號接收組件和低速信號發送組件；所述低速信號發送組件和低速信號接收組件之間的信號傳輸方式為光電耦合信號傳輸、無線電波信號傳輸或電磁耦合信號傳輸中的一種或幾種組合。

進一步的，所述插頭部和插座部上還分別對應設有光源受光組件和光源出光組件。

進一步的，所述插頭部和插座部上還分別對應設有入氣組件和出氣組件。

進一步的，所述插頭部的端面上設有凸臺，所述插座部內設有與所述凸臺對應設置的凹槽。

進一步的，所述無線能量接收組件與無線能量發送組件之間的能量傳輸方式為磁場耦合共振輸電、電磁耦合輸電、電磁感應輸電或超聲波無線輸電中的一種或幾種組合。

進一步的，所述雷射信號發送組件及所述雷射信號接收組件分別設置於所述插頭部及所述插座部的端面上，或分別設置於所述插頭部及所述插座部的側面上。

進一步的，所述無線能量接收組件及無線能量發送組件，分別設置於所述插頭部及所述插座部的端面上，或分別設置於所述插頭部及所述插座部的側面上。

進一步的，所述插頭部為密閉防水設置。

進一步的，所述內窺鏡順次連接有操作部和插入部，所述電氣隔離單元設置於所述內窺鏡和控制裝置的連接處、或者設置於所述操作部與插入部之間。

(三)有益效果

本發明的上述技術方案具有以下有益效果：本發明的內窺鏡系統中，電氣隔離單元的插頭部和插座部分別對應設置在內窺鏡與控制裝置之上，插頭部能對應插裝於插座部內；插頭部包括雷射信號發送組件和無線能量接收組件，插座部包括雷射信號接收組件和無線能量發送組件，雷射信號發送組件與雷射信號接收組件對應設置，無線能量接收組件與無線能量發送組件對應設置，利用無線輸電技術實現近距離隔離輸電，利用高速雷射信號傳輸技術實現高速信號傳輸，該系統結構集成度高，能夠應用於內窺鏡上，實現內窺鏡與外部的電氣隔離，且具有較強的抗幹擾能力；此外，該電氣隔離單元表面具有密閉、易於清洗等特性，能夠完全取代原有內窺鏡上的電氣插頭，有效阻止使用中可能出現的電氣風險。

附圖說明

圖1為本發明實施例的具有電氣隔離單元的內窺鏡系統的結構示意圖；

圖2為本發明實施例一的電氣隔離單元的結構示意圖；

圖3為本發明實施例一的插頭部主體的正面視角i向正視圖；

圖4為本發明實施例一的主體插座部的正面視角ii向正視圖；

圖5為本發明實施例二的電氣隔離單元的結構示意圖；

圖6為本發明實施例二的插頭部主體的正面視角方向正視圖；

圖7為本發明實施例三的電氣隔離單元的結構示意圖；

圖8為本發明實施例三的插頭部主體的正面視角i向正視圖；

圖9為本發明實施例三的主體插座部的正面視角ii向正視圖；

圖10為本發明實施例四的電氣隔離單元的結構示意圖；

圖11為本發明實施例四的插頭部主體的側面視角向視圖；

圖12為本發明實施例四的主體插座部的正面視角向視圖；

圖13為本發明實施例五的電氣隔離單元的結構示意圖；

圖14為本發明實施例五的主體插座部的正面視角向視圖；

圖15為本發明實施例六的電氣隔離單元的安裝示意圖；

圖16為本發明實施例六的電氣隔離單元的e處局部放大剖視圖；

圖17為圖16中的分離處第一端面的右視圖；

圖18為本發明實施例七的電氣隔離單元的工作狀態示意圖；

圖19為本發明實施例七的插頭部主體的軸側剖視圖；

圖20為本發明實施例七的插頭部主體的端面正視圖。

其中；1、光源受光組件；2、入氣組件；3、雷射信號發送組件；4、無線能量接收組件；5、低速信號接收組件；6、無線能量發送組件；7、出氣組件；8、低速信號發送組件；9、插頭部主體；10、驅動電路安裝腔體；11、雷射信號接收組件；12、光源出光組件；13、插座部主體；14、控制裝置面板；15、翻蓋；a、插頭部；b、操作部；c、插入部；d、電氣隔離單元；d1、插頭部主體端面；d2、插座部端面；e1、分離處第一端面；e2、分離處第二端面；A、控制裝置；B、內窺鏡。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不能用來限制本發明的範圍。

在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。術語「上」、「下」、「左」、「右」、「內」、「外」、「前端」、「後端」、「頭部」、「尾部」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

本實施例的內窺鏡系統包括內窺鏡B及控制裝置A，還包括內窺鏡用的電氣隔離單元d，該電氣隔離單元包括分別對應設置在內窺鏡B與控制裝置A之上的插頭部a和插座部，插座部設置於靠近控制裝置A的一側，插頭部a能對應插裝於插座部內；插頭部a包括具有密封隔離設置的雷射信號發送組件3和無線能量接收組件4，插座部包括具有密封隔離設置的雷射信號接收組件11和無線能量發送組件6，雷射信號發送組件3與雷射信號接收組件11對應設置，無線能量接收組件4與無線能量發送組件6對應設置，以確保插頭部a能對應插裝於插座部內，且確保插頭部a與插座部之間實現電氣隔離，其中，插頭部a與插座部之間無任何電氣信號連接，插頭部a中的電路及導電體與控制裝置A中的電路之間電氣隔離。

為了保證插頭部a和插座部之間的信號傳輸、光源導光傳輸和導氣傳輸順暢，且具有良好的密閉防水性，保證電氣隔離效果，優選插頭部a上還設有低速信號接收組件5、光源受光組件1和入氣組件2，插座部上還對應設有低速信號發送組件8、光源出光組件12和出氣組件7，入氣組件2、光源受光組件1、低速信號接收組件5、雷射信號發送組件3和無線能量接收組件4；該內窺鏡系統的插頭部a為密閉防水設置。

為了保證控制裝置A與內窺鏡B之間的能量傳輸和信號傳輸穩定可靠，優選無線能量接收組件6與無線能量發送組件4之間的能量傳輸方式為磁場耦合共振輸電、電磁耦合輸電、電磁感應輸電或超聲波無線輸電中的一種或幾種組合；優選低速信號發送組件8和低速信號接收組件5之間的信號傳輸方式為光電耦合信號傳輸、無線電波信號傳輸或電磁耦合信號傳輸中的一種或幾種組合。

為了保證插頭部a的端面結構緊湊的同時，還能確保隔離效果良好，在插頭部a的端面上設有凸臺，插座部內設有與凸臺對應設置的凹槽，入氣組件2、光源受光組件1、低速信號接收組件5、雷射信號發送組件3和無線能量接收組件4中的一個或幾個組件設置於凸臺上，出氣組件7、光源出光組件12、低速信號發送組件8、雷射信號接收組件11和無線能量發送組件6中的一個或幾個組件對應設置於凹槽內。雷射信號發送組件3與無線能量接收組件4均設置於插頭部a的端面上，雷射信號接收組件11與無線能量發送組件6均對應設置於插座部的端面上；或者是，雷射信號發送組件3與無線能量接收組件4之間分別設置於插頭部a的端面和側面上，雷射信號接收組件11與無線能量發送組件6分別對應設置於插座部的端面上和側面上。

綜上，該內窺鏡系統包括內窺鏡B、控制裝置A和如上所述的電氣隔離單元d，其中，內窺鏡B與控制裝置A連接，內窺鏡B上設有電氣隔離單元d，內窺鏡B還順次連接有操作部b和插入部c，電氣隔離單元d設置於內窺鏡B和控制裝置A的連接處、或者設置於操作部b與插入部c之間。

具體的，如圖1所示的內窺鏡系統包含內窺鏡B及與內窺鏡B相連的控制裝置A，內窺鏡B包括：插頭部a、操作部b和插入部c。插頭部a，實現內窺鏡B與控制裝置A的連接、以及傳輸信號、電能、照明光以及水氣的功能；操作部b，實現插入部c的動作操控、控制裝置A部分功能的遠程控制、供水供氣的控制、以及信號與電能處理的功能；插入部c，實現圖像採集功能、手術通道、以及導光導氣導水的功能。控制裝置A包含提供照明光源、水氣、圖像信號處理控制、輸出圖像信號給顯示器和工作站等設備使用的功能。

電氣隔離單元包括可插裝且可分離的發送端和接收端兩部分，分別對應的設置在內窺鏡B與控制裝置A的連接處d，即插頭部主體端面d1處與控制裝置A上的插座部端面d2處之間；或者位於內窺鏡B中間的任意部位，如圖15所示的操作部b與插入部c之間的e處。

電氣隔離單元的發送端和接收端的端面可表面平整，如圖2～圖4所示；或端面有部分組件突出放置，如圖5～圖14所示。隔離端面平整時可避免磕碰引起的組件損壞。

電氣隔離單元包括信號隔離模塊和無線能量隔離模塊，其中信號隔離傳輸模塊包括高速信號傳輸模塊和低速信號傳輸模塊。

高速信號傳輸模塊使用雷射信號傳輸技術，包括雷射信號發送組件3和雷射信號接收組件11，高速雷射發送組件3包括雷射驅動電路、雷射器和導光材料；雷射信號接收組件11包括雷射接收器、雷射接收器驅動電路和導光材料；雷射器可安裝於雷射驅動電路上，通過導光材料將雷射信號傳輸至插頭部主體端面d1的端面上，雷射接收器可安裝於雷射接收驅動電路上，通過導光材料從控制裝置A的插座部端面d2上接收雷射信號。

無線能量隔離傳輸模塊包括無線能量發送組件6和無線能量接收組件4，無線能量傳輸模塊採用電磁感應技術，無線能量發送組件6包括無線輸電發送線圈驅動電路、無線輸電發送線圈和隔磁材料，無線輸電發送線圈和隔磁材料安裝在控制裝置A上的插座部端面d2上；無線能量接收組件4包括無線輸電接收線圈驅動電路、無線輸電接收線圈和隔磁材料；無線輸電接收線圈和隔磁材料安裝在插頭部主體端面d1上。

無線能量隔離傳輸模塊還可以使用電磁耦合輸電技術，無線能量隔離傳輸模塊採用電磁耦合輸電技術時，無線能量發送組件6包括鬆耦合變壓器逆變驅動電路和鬆耦合變壓器原邊，無線能量接收組件4包括鬆耦合變壓器接收整流濾波電路和鬆耦合變壓器副邊。

無線能量傳輸模塊還可以採用超聲波無線輸電技術，無線能量隔離傳輸模塊採用超聲波無線輸電技術時，無線能量發送組件6包括超聲波驅動電路和超聲波振蕩器，無線能量接收組件4包括超聲波接收天線、壓電轉換器和整流濾波電路。

低速信號傳輸模塊包括低速信號發送組件8和低速信號接收組件5，低速信號傳輸模塊採用光電耦合技術，低速信號發送組件8包括光發射器及驅動電路，低速信號接收組件5包括光接收器及驅動電路。光發射器安裝在控制裝置A上的插座部端面d2上，光接收器安裝在插頭部主體端面d1上，如果低速信號為雙向傳輸信號則在電氣隔離單元兩側增加一對光發射器和光接收器來實現雙向信號的傳輸。

低速信號傳輸模塊還可以使用無線電波傳輸技術，採用無線電波傳輸技術，如zigbee(基於IEEE802.15.4標準的低功耗區域網協議)、wifi或藍牙等時，低速信號發送組件8和低速信號接收組件5可分別在內窺鏡B和控制裝置A內部任意位置安裝。

低速信號傳輸模塊還可以採用電磁耦合傳輸技術，低速信號傳輸模塊採用電磁耦合傳輸技術時，可在使用電磁耦合傳輸能量的同時進行信號調製實現低速信號的隔離傳輸。

以下以七個具體實施例詳細描述該內窺鏡用的電氣隔離單元和具有該單元的內窺鏡系統。

實施例1

如圖2～圖4所示，本實施例1的電氣隔離單元d安裝位置為圖1所示的d處，插頭部a的端部為插頭部主體9，插座部的端部為插座部主體13，插頭部主體9與插座部主體13對應設置，確保插頭部a插入插座部時，插頭部主體9能對應插入插座部主體13內。

插頭部主體端面d1為圓形，其上安裝有能量與信號傳輸組件，即光源受光組件1、低速信號接收組件5、入氣組件2、雷射信號發送組件3以及無線能量接收組件4；其中無線能量接收組件4中的無線輸電接收線圈和隔磁材料是中空的，雷射信號發送組件3中的導光材料安裝在無線輸電接收線圈和隔磁材料的中心位置，二者同軸安裝。低速信號接收組件5、雷射信號發送組件3和無線能量接收組件4的安裝表面密閉防水。

在控制裝置A的插座部端面d2上安裝與插頭部主體端面d1上相對應的能量與信號傳輸組件，即光源出光組件12、低俗信號發送組件8、出氣組件7、雷射信號接收組件11以及無線能量發送組件6，上述的能量與信號傳輸組件與端面d1上的能量和信號傳輸組件位置鏡像對稱，使得當插頭部主體9插入插座部主體13上時，傳輸組件的發送與接收兩個部分在端面上均能緊密貼合，並使用防脫裝置實現穩定的信號與能量傳輸。

實施例2

如圖5～圖6所示，實施例2中的電氣隔離單元d安裝位置為圖1所示的d處，插頭部主體端面d1有四個單元，其中：單元①上安裝有無線能量接收組件4，單元②上裝有低速信號接收組件5，單元③上裝有無線能量接收組件4，單元④上裝有光源受光組件1和入氣組件2，插座部端面d2上安裝與插頭部主體端面d1上相對應的能量與信號傳輸組件，且與端面d1上的能量和信號傳輸組件位置鏡像對稱，使得當插頭部主體9插入插座部主體13上時，所有傳輸組件的發送與接收兩個部分在端面上均能緊密貼合，並使用防脫裝置實現穩定的信號與能量傳輸。

實施例3

如圖7～圖9所示，實施例3的電氣隔離單元d的安裝位置為圖1所示的d處，插頭部主體端面d1為橢圓形，端面d1半邊安裝有光源受光組件1、低速信號接收組件5、入氣組件2、雷射信號發送組件3以及無線能量接收組件4，端面d1的另外半邊安裝無線能量接收組件4；插座部端面d2上安裝與插頭部主體端面d1上相對應的能量與信號傳輸組件，且與端面d1上的能量和信號傳輸組件位置鏡像對稱，使得當內窺鏡插頭部主體9插入內窺鏡插入插座部主體13上時，所有傳輸組件的發送與接收兩個部分在端面上均能緊密貼合，並使用防脫裝置實現穩定的信號與能量傳輸。

實施例4

如圖10～圖12所示，實施例4的電氣隔離單元d的安裝位置為圖1所示的d處，插頭部主體端面d1為圓形，端面d1上安裝有光源受光組件1、低速信號接收組件5、入氣組件2、雷射信號發送組件3，插頭部主體9的側面安裝無線能量接收組件4，插座部端面d2和側面上安裝與插頭部主體端面d1、及插頭部主體9側面上相對應的信號與能量傳輸組件，且與端面d1和插頭部主體9的側面上的信號和能量傳輸組件位置鏡像對稱，使得當插頭部主體9插入插座部主體13上時，所有傳輸組件的發送與接收兩個部分在端面上均能緊密貼合，並使用防脫裝置實現穩定的信號與能量傳輸。

實施例5

如圖13～圖14所示，實施例5的電氣隔離單元d的安裝位置為圖1所示的d處，插頭部主體端面d1為圓形，端面d1上安裝有光源受光組件1、低速信號接收組件5、入氣組件2、雷射信號發送組件3，在插頭部主體9的後部安裝有驅動電路安裝腔體10，驅動電路安裝腔體10的上方安裝無線能量接收組件4，插座部主體13的外部上方安裝一個可以上下翻動的翻蓋15，在翻蓋15上對應安裝無線能量發送組件6，當插頭部主體9插入插座部主體13上時，所有傳輸組件的發送與接收兩個部分在端面上均能緊密貼合，並使用防脫裝置實現穩定的信號與能量傳輸。

實施例6

如圖15～圖16所示，實施例6的電氣隔離單元d還可以設置在內窺鏡B的其他處，如圖15中所示的操作部b與插入部c之間的e處，在e處設有分離處第一端面e1和分離處第二端面e2。

分離處第二端面e2上安裝有光源受光組件1、低速信號接收組件5、雷射信號發送組件3以及無線能量接收組件4，其中無線能量接收組件4中的無線輸電接收線圈和隔磁材料是中空的，雷射信號發送組件3中的導光材料安裝在無線輸電接收線圈和隔磁材料的中心位置，二者同軸安裝。

分離處第一端面e1上安裝有與分離處第二端面e2相對應的能量與信號傳輸組件，各組件的安裝位置與分離處第二端面e2上的能量與信號傳輸組件的安裝位置鏡像對稱，使得當分離處第一端面e1與分離處第二端面e2連接上時，所有傳輸組件的發送與接收兩個部分在端面上均能緊密貼合，並使用防脫裝置實現穩定的信號與能量傳輸。

實施例7

如圖18～圖20所示，實施例7的電氣隔離單元d的安裝位置為圖1所示的d處，插頭部主體端面d1上安裝有光源受光組件1、低速信號接收組件5、入氣組件2和雷射信號發送組件3，插頭部主體9上下兩個側面分別安裝無線能量接收組件4。

插座部端面d2和插座部主體13的上下側面安裝有信號與能量傳輸組件，且與端面d1和插頭部主體9的上下兩個側面上的信號和能量傳輸組件位置鏡像對稱，使得當插頭部主體9插入插座部主體13上時，所有傳輸組件的發送與接收兩個部分在端面上均能緊密貼合，並使用防脫裝置實現穩定的信號與能量傳輸。

綜上所述，本實施例的內窺鏡系統中，電氣隔離單元d的插頭部a和插座部分別對應設置在內窺鏡B與控制裝置A之上，插頭部a能對應插裝於插座部內；插頭部a包括密封隔離設置的雷射信號發送組件3和無線能量接收組件4，插座部包括密封隔離設置的雷射信號接收組件11和無線能量發送組件6，雷射信號發送組件3與雷射信號接收組件11對應設置，無線能量接收組件4與無線能量發送組件6對應設置，利用無線輸電技術實現近距離隔離輸電，利用高速雷射信號傳輸技術實現高速信號傳輸，該系統結構集成度高，能夠應用於內窺鏡B上，實現內窺鏡B與外部的電氣隔離，且具有較強的抗幹擾能力；此外，該電氣隔離單元d表面具有密閉、易於清洗等特性，能夠完全取代原有內窺鏡B上的電氣插頭，有效阻止使用中可能出現的電氣風險。

本發明的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而並不是無遺漏的或者將本發明限於所公開的形式。很多修改和變化對於本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，並且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適於特定用途的帶有各種修改的各種實施例。