與成角度的內窺鏡一起使用的帶有整合式棱鏡的觀察套管針的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]技術的進步已經導致了對于醫療用途中成像能力的許多改進。已經享用某些最有利進步的一個領域是內窺鏡外科手術。這些手術的侵入性可小于傳統外科手術，因為它們通過將稱作內窺鏡的成像裝置插入患者體內的小端口中而允許檢查(有時治療)患者的內部身體部分(包括手術部位)。
[0002]通常，為了發起內窺鏡手術，首先利用套管針形成通往患者內部感興趣的手術部位的小端口或路徑。更具體地，首先將套管針插入窄的內窺鏡管中或插管中。然后用套管針刺穿患者的組織(首先是遠側部分)以到達手術部位。套管針的遠側部分通常終止于相對銳利的尖端(即，插入尖端)，以有利于刺穿組織并到達手術部位。一旦到達手術部位，然后就可將套管針移除，留下插管作為端口。
[0003]當使用套管針刺穿患者的內部組織時，器官或血管可能存在意外破裂的風險。當形成手術的初始端口時尤其如此，因為不能利用穿過另一端口的內窺鏡從患者身體內部觀察到套管針到患者中的首次插入。
[0004]為了幫助減輕這種首次插入的風險，已經開發出觀察套管針，以允許當將套管針插入(即，刺穿患者)并穿過患者的組織至手術部位時觀察到其尖端。為了實現這一點，觀察套管針通常被配置為具有在它們遠側部分處或其附近的窗口和允許插入內窺鏡的中空部分。然后可使用內窺鏡來通過窗口觀察尖端的插入和穿過患者組織。
[0005]為了提供用于觀察尖端的足夠視野，通常使用不成角度的(零度)內窺鏡而不是成角度的內窺鏡來形成初始端口。然而，成角度的內窺鏡對于許多內窺鏡手術的大多其它部位而言是常用的且是優選的。這使得此類手術使用不成角度的內窺鏡變得不方便、成本高并且效率低，尤其當內窺鏡是有限使用、可重新設置或單次使用/ 一次性的內窺鏡時。
【附圖說明】
[0006]參考以下附圖描述了本公開的非限制性和非完全性的具體實施，其中除非另外指明，否則在各個視圖中類似的附圖標號指示類似的部分。參照以下說明和附圖將更好地理解本公開的優點，其中:
[0007]圖1示出根據至少一個具體實施且根據本公開的教導和原理制造的示例性內窺鏡系統；
[0008]圖2示出根據至少一個具體實施且根據本公開的教導和原理制造的相連接的成角度的內窺鏡裝置和觀察套管針的示例；
[0009]圖3是根據至少一個具體實施且根據本公開的教導和原理制造的示例性相連接的成角度的內窺鏡裝置和觀察套管針的遠側部分的放大詳細視圖；
[0010]圖4示出根據至少一個具體實施且根據本公開的教導和原理的示例性方法；
[0011]圖5A和圖5B分別示出根據本公開的教導和原理的單片傳感器的具體實施的透視圖和側視圖，該單片傳感器具有多個像素陣列用于產生三維圖像；
[0012]圖6A和圖6B分別示出構建在多個基板上的成像傳感器的具體實施的透視圖和側視圖，其中形成像素陣列的多個像素列位于第一基板上并且多個電路列位于第二基板上，并且示出一個像素列到其相關聯的或對應的電路列之間的電連接和通信；以及
[0013]圖7A和圖7B分別示出具有多個像素陣列用于產生三維圖像的成像傳感器的具體實施的透視圖和側視圖，其中多個像素陣列和圖像傳感器構建在多個基板上。
【具體實施方式】
[0014]本公開涉及到用于內窺鏡光折射成像方法、裝置和系統，該方法、裝置和系統允許成角度的內窺鏡以便利、有效和更低成本的方式與觀察套管針一起使用以在患者體內形成端口，包括內窺鏡外科手術的初始端口。在本公開的以下描述中，參考了附圖，附圖構成本公開的一部分，并且其中以圖示的方式示出了可實施本公開的特定具體實施。應當理解，可以利用其它具體實施并做出結構的改變而不脫離本公開的范圍。
[0015]需要注意的是，除非上下文清楚地指明，否則在本說明書和所附權利要求中所用的單數形式“一個”、“一種”和“所述”包括復數指代物。
[0016]如本文所用，術語“包括(comprising) ”、“包括(including) ”、“包含(containing) ”、“其特征在于(characterized by)”以及它們的語法同等成分是非遍舉的或開放式的術語，不排除額外的、未述及的要素或方法步驟。
[0017]所描述的內窺鏡光折射成像技術允許成角度的內窺鏡以便利、有效和更低成本的方式與觀察套管針一起使用以在患者體內形成端口，包括內窺鏡外科手術的初始端口。
[0018]在至少一些具體實施中，內窺鏡系統的觀察套管針和/或成角度的內窺鏡可被配置為具有光折射元件，諸如玻璃和/或塑料棱鏡。可利用在觀察套管針內和/或與觀察套管針一起的光折射元件來折射(即，彎曲)通過套管針的窗口進入到套管針的光。更具體地，光折射元件可將入射光的行進方向改變為沿著基本上垂直于內窺鏡的偏移角的平面。因此，內窺鏡的視野可與觀察套管針的窗口的視野基本上對齊。
[0019]在至少一個具體實施中，觀察套管針可被配置為具有棱鏡，該棱鏡與由觀察套管針限定的管腔整合在一起或可移除地附接到管腔。另選地或除此之外，成角度的內窺鏡可被配置為具有有整合在內窺鏡上或可移除地附接到內窺鏡的棱鏡。
[0020]在至少一個具體實施中，成角度的內窺鏡可被配置為具有設置在內窺鏡的遠側端部或尖端處和/或其附近的圖像傳感器。圖像傳感器可以是例如有源像素傳感器的數字電荷耦合器件(CCD)和/或互補金屬氧化物半導體(CMOS)陣列。
[0021]如上所述，內窺鏡外科手術的侵入性可小于傳統外科手術，因為它們通過將內窺鏡插入患者體內的小端口中而允許檢查(例如，觀察、檢測和/或診斷)和/或治療患者的內部身體部分(即，組織)。
[0022]例如，外科醫生可通過將稱為腹腔鏡的一種類型的內窺鏡經端口插入到達患者腹部或盆腔的內部來檢查和/或治療患者。又如，外科醫生可能通過將稱為關節鏡的另一種類型的內窺鏡經端口插入到達患者關節(如膝關節)的內部來檢查和/或治療患者。
[0023]內窺鏡通常是長而細的物體，其具有定位在內窺鏡的遠側端部處和/或其附近的光采集元件(例如，物鏡鏡頭)，以及接收光學圖像并將它們轉換成能夠在顯示器上再現的電子圖像的成像系統。內窺鏡的光采集元件的視野在本文可稱為內窺鏡的視野。從遠側端部到近側端部穿過內窺鏡的假想線可大體限定內窺鏡的軸線。
[0024]如本領域的技術人員所認識和理解的那樣，不成角度的內窺鏡的光采集元件被設置成基本上垂直于該軸線，使得內窺鏡的視野相對于橫切內窺鏡的軸線而延伸的平面(gp，橫切平面)基本上不偏移。這樣，遠側端部(S卩，尖端)就不限定相對于橫切平面的角度，并且因此看起來是純的。
[0025]相比之下，成角度的內窺鏡的光采集元件未被設置成基本上垂直于它的軸線。而是，光采集元件和遠側端部限定相對于橫切平面的角度。該角度可被稱為內窺鏡的偏移角，偏移角可變化并且可介于約12度至約90度之間。然而，許多內窺鏡手術常常使用約30度(即，30度內窺鏡)和45度(即，45度內窺鏡)的內窺鏡偏移角。因此，成角度的內窺鏡的視野相對于橫切平面是基本上偏移的，并且因此遠側端部看起來是成角度的或尖的。
[0026]大多數內窺鏡被設計成使得內窺鏡的成像裝置或成像傳感器的圖像傳感器被定位在內窺鏡的近側端部處或其附近。例如，圖像傳感器通常定位在位于內窺鏡的近側端部處和/或其附近的內窺鏡的手持件單元中。在這類配置中，光可通過在內窺鏡的遠側端部處的光采集元件進入并且沿著內窺鏡的軸線朝向圖像傳感器傳播。這種圖像傳感器可被配置為將由光表示的光學圖像轉換成電子信號，然后可使用該電子信號在顯示器上再現圖像。因此，內窺鏡需要被配置為具有一組復雜的精確耦合的光學傳播部件，來將光傳播至圖像傳感器。
[0027]由于內窺鏡的成本通常取決于它的光學器件，因此光學傳播部件可顯著增加內窺鏡的成本(例如，生產成本)。另外，光學傳播部件可增加內窺鏡的易碎性，因為相對微小的沖擊就能輕易損壞這些部件或擾亂它們的相對對齊。這種易碎性需要頻繁的、昂貴的修理周期來保持圖像質量。因此，移除或減少內窺鏡中的光學傳播部件將是有利的，至少是因為這將降低內窺鏡的成本和易碎性。
[0028]為此，本文描述的內窺鏡成像技術允許內窺鏡被配置為具有極少或沒有光學傳播部件，因此與傳統內窺鏡相比顯著減少了內窺鏡的成本和易碎性。例如，在一些具體實施中，內窺鏡可被配置為具有被定位在內窺鏡的遠側端部或尖端處和/或其附近、而不是