微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中的雙光路棱鏡與攝像機(jī)的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年6月22日、名稱為"微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中的雙光路棱鏡與攝像 機(jī)"的中國(guó)專利申請(qǐng)201180031971.7的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0003] 本申請(qǐng)要求在2010年7月2日提交的由發(fā)明人Ian McDowall命名為"DUAL OPTICAL PATH PRISM AND CAMERA IN A MINIMA化Υ INVASIVE SURGICAL SYSTEM"的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng) No.61/361372的優(yōu)先權(quán)和利益，該申請(qǐng)全部?jī)?nèi)容包含在此W供參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明各方面設(shè)及內(nèi)窺鏡成像，并且更具體地設(shè)及同時(shí)聚焦可見(jiàn)光圖像和近紅外 圖像或者紫外圖像。
【背景技術(shù)】
[000引加利福利亞Sunnyvale的直觀外科手術(shù)公司出售的daVinci飯手術(shù)系統(tǒng)是微創(chuàng)遠(yuǎn) 程操作手術(shù)系統(tǒng)，其為患者提供許多好處，比如降低對(duì)身體的創(chuàng)傷、加快術(shù)后恢復(fù)和縮短住 院時(shí)間。daVinci飯手術(shù)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分是提供可視圖像的雙通道（即左和右)視 頻采集和顯示從而為外科醫(yī)生提供立體觀察的能力。
[0006] 運(yùn)種電子立體成像系統(tǒng)可W向外科醫(yī)生輸出高清晰度視頻圖像，并且可W允許例 如改變焦距W提供一種"放大"視圖的特征，該特征允許外科醫(yī)生識(shí)別特定的組織類型和特 性，并且W增加的精確度工作。然而，在典型的外科手術(shù)領(lǐng)域中，難W確定某些組織類型，或 者其他組織可能至少部分地遮擋感興趣的組織。運(yùn)使手術(shù)程序變復(fù)雜。
[0007] 在一些應(yīng)用中，近紅外光譜中的巧光圖像和反射的白光圖像被用于微創(chuàng)手術(shù)中。 但是，近紅外巧光圖像的后焦距與反射的白光圖像的后焦距不同。因此，當(dāng)從一種操作模式 或者從另一種模式轉(zhuǎn)換時(shí)，需要調(diào)焦。當(dāng)同時(shí)觀察近紅外巧光圖像和反射的白光圖像時(shí)，內(nèi) 窺鏡和攝像機(jī)中的典型的光學(xué)器件不會(huì)同時(shí)提供兩種圖像的焦點(diǎn)。在紫外光譜中同樣也會(huì) 出現(xiàn)類似的情形。
[000引在2010年4月15日公開(kāi)的國(guó)際公開(kāi)號(hào)W02010/042522A1的申請(qǐng)中提出一種解決不 同波長(zhǎng)圖像的焦平面差異的方案。該方法使用包括由不同材料制成的截面的棱鏡，其中不 同的材料具有不同的折射率。二向色涂層被設(shè)置在截面之間的對(duì)角線表面上，W便對(duì)角線 表面的一半涂覆有短波通過(guò)涂層(skxrt pass coating),該短波通過(guò)涂層透射可見(jiàn)光且反 射近紅外光。對(duì)角線表面的另一半涂覆有長(zhǎng)波通過(guò)涂層，該長(zhǎng)波通過(guò)涂層透射近紅外光且 反射可見(jiàn)光。
[0009]該方法適用于小的焦點(diǎn)差異。然而，由于所需的棱鏡尺寸變得過(guò)大，所W該方法對(duì) 于較大的焦點(diǎn)差異是不實(shí)際的。該方法還需要實(shí)際較大的攝像機(jī)，由于較大的攝像機(jī)組件 導(dǎo)致圖像路徑變得有些橫向偏置。該方法還需要找出具有準(zhǔn)確地"校正"指數(shù)和阿貝數(shù)/色 散數(shù)的兩種材料W滿足設(shè)計(jì)。存在很有限數(shù)量的合適的材料，所W解決方案可能不可行。該 方法也無(wú)法校正更多的一般的光學(xué)像差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 在一個(gè)方面中，內(nèi)窺攝像機(jī)被配置為聚焦圖像中的一個(gè)之后，恰當(dāng)?shù)鼐劢箍梢?jiàn)和 非可見(jiàn)光圖像。在一個(gè)方面中，攝像機(jī)包括棱鏡元件，其中棱鏡元件內(nèi)具有透鏡。透鏡校正 在近紅外的感興趣的波長(zhǎng)范圍處由內(nèi)窺鏡光學(xué)器件產(chǎn)生的縱向巧由向）顏色，W便可見(jiàn)光圖 像和近紅外圖像均進(jìn)入攝像機(jī)中的成像傳感器的焦點(diǎn)。攝像機(jī)內(nèi)的圖像捕獲裝置和聚焦光 學(xué)器件可W保持不變。
[0011] 在本文中使用的術(shù)語(yǔ)巧光在近紅外光譜中發(fā)射光，但是運(yùn)僅是示例說(shuō)明性的，而 不意圖限制。鑒于該公開(kāi)，巧光能夠經(jīng)過(guò)處理在近紅外光譜或者在紫外光譜內(nèi)發(fā)射光。
[0012] 透過(guò)沒(méi)有被刻意設(shè)計(jì)成具有良好的性能的光學(xué)器件的近紅外成像很可能在近紅 外內(nèi)表現(xiàn)出軸向色像差和其他的光學(xué)像差。棱鏡元件中的透鏡也可減輕一些其他的像差。
[0013] 在一個(gè)方面中，棱鏡元件中的透鏡是可換的/可變的，W便能夠使用帶有內(nèi)窺鏡的 攝像機(jī)，其中內(nèi)窺鏡具有不同的光學(xué)特性。在另一方面中，透鏡形成于棱鏡元件內(nèi)的兩個(gè)相 鄰棱鏡面中?？商鎿Q地，在可替換路徑中，曲面能夠在棱鏡的斜角邊面上。在又一個(gè)方面中， 使用衍射元件代替透鏡。
[0014] 在另一方面中，在一個(gè)示例中，非可見(jiàn)光是巧光，可見(jiàn)光包括白光的可見(jiàn)成分。在 再一個(gè)方面，巧光是近紅外巧光。
[0015] 方法包括從微創(chuàng)手術(shù)器械接收光，其包括可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光?？梢?jiàn)光與非可見(jiàn)光 分開(kāi)。
[0016] 在該方法中，可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光中的一個(gè)透過(guò)透鏡。透鏡校正由可見(jiàn)光和非可見(jiàn) 光中的一個(gè)形成的圖像的焦點(diǎn)，W便產(chǎn)生可見(jiàn)和非可見(jiàn)光圖像的光學(xué)器件的整個(gè)系統(tǒng)焦距 (在被成像的波長(zhǎng)處測(cè)得）大致相同，因此產(chǎn)生由可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光形成的圖像的合理焦 點(diǎn)。
[0017] 同樣，在該方法中，來(lái)自透鏡的可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光中的一個(gè)與可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光 中的另一個(gè)重組。經(jīng)重組的可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光被聚焦。
[001引在本方法的另一方面中，可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光中的一個(gè)透過(guò)透鏡。透鏡校正由可見(jiàn) 光和非可見(jiàn)光中的一個(gè)形成的圖像的焦點(diǎn)，W便圖像的焦點(diǎn)與由可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光中的另 一個(gè)形成的圖像的焦點(diǎn)大致相同。來(lái)自透鏡的可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光中的一個(gè)與可見(jiàn)光和非可 見(jiàn)光中的另一個(gè)重組。
[0019] 在本方法的又一個(gè)方面中，可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光中的一個(gè)透過(guò)透鏡。透鏡修改由可 見(jiàn)光和非可見(jiàn)光中的一個(gè)形成的圖像的像差，W便感知的圖像焦點(diǎn)與由可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光 中的另一個(gè)形成的圖像的焦點(diǎn)相同。來(lái)自透鏡的可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光中的一個(gè)與可見(jiàn)光和非 可見(jiàn)光中的另一個(gè)重組。
[0020] 微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)包括攝像機(jī)，其包括棱鏡元件，其中棱鏡元件內(nèi)具有透鏡。在一個(gè)方 面中，使用衍射元件代替透鏡。透鏡校正由可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光中的一個(gè)形成的圖像的焦點(diǎn)， W便該圖像的焦點(diǎn)與透過(guò)棱鏡元件的可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光中的另一個(gè)形成的另一個(gè)圖像的 焦點(diǎn)大致相同。
[0021] 棱鏡元件包括具有通過(guò)反射涂層的第一表面。涂層使可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光中的另一 個(gè)通過(guò)涂層，并且反射可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光中的一個(gè)。
[0022] 棱鏡元件還包括第二表面，該第二表面與第一表面相對(duì)且分離，并且具有反射涂 層。
[0023] 棱鏡元件包括多個(gè)棱鏡。在一個(gè)方面中，透鏡形成在多個(gè)棱鏡中的兩個(gè)相鄰棱鏡 面中。
[0024] 在又一個(gè)方面中，微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)包括具有成像平面和焦點(diǎn)校正組件的攝像機(jī)。焦 點(diǎn)校正組件包括第一光學(xué)路徑、包含透鏡的第二光學(xué)路徑、共同的起始位置W及共同的結(jié) 束位置。第二光學(xué)路徑的長(zhǎng)度比第一光學(xué)路徑的長(zhǎng)度更長(zhǎng)。
[0025] 參考攝像機(jī)配置和定位焦點(diǎn)校正組件，W便第一光譜中的光和第二光譜中的光均 聚焦在成像平面上，從而形成在成像平面上基本焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的可見(jiàn)光圖像和非可見(jiàn)光圖像， 其中第一光譜中的光從起始位置通過(guò)第一光學(xué)路徑到達(dá)結(jié)束位置，第二光譜中的光從起始 位置通過(guò)第二光學(xué)路徑到達(dá)結(jié)束位置。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1示出微創(chuàng)遠(yuǎn)程操作手術(shù)系統(tǒng)的高度示意性視圖，其中該手術(shù)系統(tǒng)包括具有對(duì) 可見(jiàn)光圖像和非可見(jiàn)光圖像有共同焦點(diǎn)的內(nèi)窺攝像機(jī)。
[0027] 圖2示出現(xiàn)有的內(nèi)窺攝像機(jī)的方框圖。
[0028] 圖3示出新型攝像機(jī)的方框圖，其中該攝像機(jī)包括具有透鏡的棱鏡元件、聚焦透鏡 組、CCD棱鏡體W及CCD。
[0029] 圖4A示出來(lái)自第一內(nèi)窺鏡的可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光圖像的聚焦特性圖。
[0030] 圖4B示出來(lái)自第二內(nèi)窺鏡的可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光圖像的聚焦特性圖。
[0031] 圖5示出棱鏡元件的一個(gè)示例的更詳細(xì)說(shuō)明。
[0032] 圖6A至圖6E示出圖5所示棱鏡元件的操作。
[0033] 圖7A至圖7E示出棱鏡元件的可替換實(shí)現(xiàn)方式。
[0034] 在附圖中，參考標(biāo)記的第一個(gè)數(shù)字指示具有該參考標(biāo)記的元件首次出現(xiàn)在其中的 附圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 如本文使用的，電子立體成像包括使用兩個(gè)成像通道(即，左和右圖像的通道）。
[0036] 如本文使用的，立體光學(xué)路徑包括用于傳輸來(lái)自組織的光的內(nèi)窺鏡中的兩個(gè)通道 (例