[发明专利]外科手术器械中的图像捕获单元

说明书

技术领域

本发明的多个方面总体上涉及内窥镜成像并且更具体地涉及捕获来自多个图像捕获传感器中的共同前端光学结构的光。

背景技术

由加利福尼亚州森尼韦尔市的直观外科手术公司（Intuitive Surgical,Inc.,Sunnyvale,California）商业化的达芬奇外科手术系统（daSurgical System）是为病人提供许多益处的微创遥控外科手术系统，这些益处例如对身体减少的创伤、更快的恢复以及更短的住院期。达芬奇外科手术系统（例如，型号IS3000，达芬奇Si HD）的一个关键部件具有提供可见图像的双通道（即，左和右）视频捕获和显示以便向外科医师提供立体观察的能力。这样的电子立体成像系统可以向外科医师输出高清晰度视频图像，并可以允许诸如图像缩放（zoom）的特征从而提供“放大的”视图，这允许外科医师识别特定组织类型和特性并以增加的精确度操作。

通常在微创外科手术系统中，图像捕获系统耦合到立体内窥镜的近端（离开手术部位）。然而，一些立体内窥镜在这种内窥镜的远端（离手术部位最近）中具有内含式图像捕获部件。图1A至图1D是在根据美国专利4,873,572（1988年2月24日提交）的立体内窥镜的远端中的图像捕获传感器配置的示例。

在图1A中，内窥镜的远端100A包括具有与该内窥镜的纵轴133A重合的中心线的板状包装113A。两个电荷耦合装置（CCD）114A1和114A2被安装在包装113A的相对的两个表面上。将两个物镜115A1和115A2对称地布置在该内窥镜的纵轴133A的两侧上。将反射镜116A1、116A2对称地布置在相应的物镜115A1、115A2的光轴上。从该内窥镜外部的物体反射的光经过物镜115A1、115A2，并且被反射镜116A1、116A2反射到CCD114A1和114A2的成像表面上。来自CCD114A1和114A2的视频信号被传递到该内窥镜外部的视频处理器上。

在图1B中，内窥镜的远端100B包括两个物镜115B1、115B2，这两个物镜与图1A中的物镜115A1和115A2相同地布置。反射镜116B1和116B2被安装成镜面平行于该内窥镜的纵轴133B并且从其移开。从该内窥镜外部的物体反射的光经过物镜115B1、115B2，并且被反射镜116B1、116B2反射到折射棱镜117B1、117B2。来自棱镜117B1、117B2的光路通向CCD114B1、114B2的成像表面。CCD114B1和114B2被安装成使得CCD114B1、114B2的成像表面分别与来自棱镜117B1、117B2的光路的光轴成直角相交。因此，CCD114B1和114B2各自被安装为成像表面相对于该内窥镜的纵轴133B以预定角度倾斜。

在图1C中，两个物镜115C1和115C2例如相对于物镜的中心轴的上侧是偏心的。反射棱镜117C1和117C2被布置在相应的物镜115C1和115C2的光轴上。棱镜115C1和115C2的中心被定位在与相应的物镜115C1和115C2相同的高度，但是在水平方向稍微移位。棱镜117C1稍微向物镜115C1的左边移位，而棱镜117C2稍微向物镜115C2的右边移位。

由棱镜117C1和117C2中的每一个反射的光被棱镜118C的相应的斜面反射，从而在适配到包装113C的CCD114C的成像表面上形成图像。来自CCD114C的视频信号被传递到该内窥镜外部的视频处理器。

在图1D中，内窥镜的远端100D包括两个偏心物镜115D1、115D2，物镜115D1、115D2与图1C中的物镜115C1和115C2相同地布置。与图1C中的棱镜117C1和117C2相比，棱镜117D1和117D2的位置向前和向后移位。来自棱镜117D1和117D2的光分别由反射镜118D1和118D2反射，从而分别在邻近安装在包装113D上的CCD114D1和114D2上形成图像，包装113D平行于该内窥镜的纵轴。

一个反射镜118D1是凹面的，并且因此在CCD114D1上形成图像的光路长度稍微短于在CCD114D2上形成图像的光路长度。因此，在这个示例中，左光学通道比右光学通道具有更短的光路长度。来自CCD114D1和114D2的视频信号被传递到该内窥镜外部的视频处理器。

图1A至图1D示出了在内窥镜顶端的约束空间中捕获立体图像的几种方式。但是由于小外径的内窥镜远端是期望的，因此在这些图形中的配置还示出了由于许多问题而造成在小外径远端图像捕获系统中捕获高质量立体图像是多么困难。