微创手术系统中的双光路棱镜与摄像机技术方案

在一种微创手术系统中，摄像机包括棱镜元件，其中在棱镜元件内具有透镜。透镜为非可见光校正所产生的图像的焦点，从而使该图像的焦点与可见光的焦点基本相同。可替换地，透镜为可见光校正所产生的图像的焦点，从而使该图像的焦点与非可见光的焦点基本相同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉参考本申请要求在2010年7月2日提交的由专利技术人Ian McDowall命名为“DUAL OPTICAL PATH PRISM AND CAMERA IN A MINIMALLY INVASIVE SURGICAL SYSTEM”的美国临时申请No.61/361372的优先权和利益，该申请全部内容包含在此以供参考。
本专利技术各方面涉及内窥镜成像，并且更具体地涉及同时聚焦可见光图像和近红外图像或者紫外图像。
技术介绍
加利福利亚Sunnyvale的直观外科手术公司出售的da手术系统是微创远程操作手术系统，其为患者提供许多好处，比如降低对身体的创伤、加快术后恢复和缩短住院时间。da手术系统的一个重要组成部分是提供可视图像的双通道（即左和右）视频采集和显示从而为外科医生提供立体观察的能力。这种电子立体成像系统可以向外科医生输出高清晰度视频图像，并且可以允许例如改变焦距以提供一种“放大”视图的特征，该特征允许外科医生识别特定的组织类型和特性，并且以增加的精确度工作。然而，在典型的外科手术领域中，难以确定某些组织类型，或者其他组织可能至少部分地遮挡感兴趣的组织。这使手术程序变复杂。在一些应用中，近红外光谱中的荧光图像和反射的白光图像被用于微创手术中。但是，近红外荧光图像的后焦距与反射的白光图像的后焦距不同。因此，当从一种操作模式或者从另一种模式转换时，需要调焦。当同时观察近红外荧光图像和反射的白光图像时，内窥镜和摄像机中的典型的光学器件不会同时提供两种图像的焦点。在紫外光谱中同样也会出现类似的情形。在2010年4月15日公开的国际公开号WO2010/042522A1的申请中提出一种解决不同波长图像的焦平面差异的方案。该方法使用包括由不同材料制成的截面的棱镜，其中不同的材料具有不同的折射率。二向色涂层被设置在截面之间的对角线表面上，以便对角线表面的一半涂覆有短波通过涂层（short pass coating），该短波通过涂层透射可见光且反射近红外光。对角线表面的另一半涂覆有长波通过涂层，该长波通过涂层透射近红外光且反射可见光。该方法适用于小的焦点差异。然而，由于所需的棱镜尺寸变得过大，所以该方法对于较大的焦点差异是不实际的。该方法还需要实际较大的摄像机，由于较大的摄像机组件导致图像路径变得有些横向偏置。该方法还需要找出具有准确地“校正”指数和阿贝数/色散数的两种材料以满足设计。存在很有限数量的合适的材料，所以解决方案可能不可行。该方法也无法校正更多的一般的光学像差。
技术实现思路
在一个方面中，内窥摄像机被配置为聚焦图像中的一个之后，恰当地聚焦可见和非可见光图像。在一个方面中，摄像机包括棱镜元件，其中棱镜元件内具有透镜。透镜校正在近红外的感兴趣的波长范围处由内窥镜光学器件产生的纵向（轴向）颜色，以便可见光图像和近红外图像均进入摄像机中的成像传感器的焦点。摄像机内的图像捕获装置和聚焦光学器件可以保持不变。在本文中使用的术语荧光在近红外光谱中发射光，但是这仅是示例说明性的，而不意图限制。鉴于该公开，荧光能够经过处理在近红外光谱或者在紫外光谱内发射光。透过没有被刻意设计成具有良好的性能的光学器件的近红外成像很可能在近红外内表现出轴向色像差和其他的光学像差。棱镜元件中的透镜也可减轻一些其他的像差。在一个方面中，棱镜元件中的透镜是可换的/可变的，以便能够使用带有内窥镜的摄像机，其中内窥镜具有不同的光学特性。在另一方面中，透镜形成于棱镜元件内的两个相邻棱镜面中。可替换地，在可替换路径中，曲面能够在棱镜的斜角边面上。在又一个方面中，使用衍射元件代替透镜。在另一方面中，在一个示例中，非可见光是荧光，可见光包括白光的可见成分。在再一个方面，荧光是近红外荧光。方法包括从微创手术器械接收光，其包括可见光和非可见光。可见光与非可见光分开。在该方法中，可见光和非可见光中的一个透过透镜。透镜校正由可见光和非可见光中的一个形成的图像的焦点，以便产生可见和非可见光图像的光学器件的整个系统焦距（在被成像的波长处测得）大致相同，因此产生由可见光和非可见光形成的图像的合理焦点。同样，在该方法中，来自透镜的可见光和非可见光中的一个与可见光和非可见光中的另一个重组。经重组的可见光和非可见光被聚焦。在本方法的另一方面中，可见光和非可见光中的一个透过透镜。透镜校正由可见光和非可见光中的一个形成的图像的焦点，以便图像的焦点与由可见光和非可见光中的另一个形成的图像的焦点大致相同。来自透镜的可见光和非可见光中的一个与可见光和非可见光中的另一个重组。在本方法的又一个方面中，可见光和非可见光中的一个透过透镜。透镜修改由可见光和非可见光中的一个形成的图像的像差，以便感知的图像焦点与由可见光和非可见光中的另一个形成的图像的焦点相同。来自透镜的可见光和非可见光中的一个与可见光和非可见光中的另一个重组。微创手术系统包括摄像机，其包括棱镜元件，其中棱镜元件内具有透镜。在一个方面中，使用衍射元件代替透镜。透镜校正由可见光和非可见光中的一个形成的图像的焦点，以便该图像的焦点与透过棱镜元件的可见光和非可见光中的另一个形成的另一个图像的焦点大致相同。棱镜元件包括具有通过反射涂层的第一表面。涂层使可见光和非可见光中的另一个通过涂层，并且反射可见光和非可见光中的一个。棱镜元件还包括第二表面，该第二表面与第一表面相对且分离，并且具有反射涂层。棱镜元件包括多个棱镜。在一个方面中，透镜形成在多个棱镜中的两个相邻棱镜面中。在又一个方面中，微创手术系统包括具有成像平面和焦点校正组件的摄像机。焦点校正组件包括第一光学路径、包含透镜的第二光学路径、共同的起始位置以及共同的结束位置。第二光学路径的长度比第一光学路径的长度更长。参考摄像机配置和定位焦点校正组件，以便第一光谱中的光和第二光谱中的光均聚焦在成像平面上，从而形成在成像平面上基本焦点对准的可见光图像和非可见光图像，其中第一光谱中的光从起始位置通过第一光学路径到达结束位置，第二光谱中的光从起始位置通过第二光学路径到达结束位置。附图说明图1示出微创远程操作手术系统的高度示意性视图，其中该手术系统包括具有对可见光图像和非可见光图像有共同焦点的内窥摄像机。图2示出现有的内窥摄像机的方框图。图3示出新型摄像机的方框图，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.02 US 61/361,272;2010.08.13 US 12/855,9341.一种方法，其包含：
从微创手术器械接收光，所述光包括可见光和非可见光；
将所述可见光与所述非可见光分开；
使所述可见光和所述非可见光中的一个通过透镜，其中所述透镜校正
由所述可见光和所述非可见光中的一个形成的图像的焦点，以便所述图
像的焦点与由所述可见光和非可见光中的另一个形成的另一个图像的焦
点大致相同；以及
将来自所述透镜的所述可见光和所述非可见光中的一个与所述可见
光和所述非可见光中的所述另一个重组。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包含：
用聚焦透镜组聚焦经重组的可见光和非可见光。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述分开进一步包含：
使所述可见光和所述非可见光通过至第一表面上，所述第一表面具有
通过反射表面涂层，
其中所述可见光和所述非可见光中的所述另一个通过所述表面涂层，
并且所述可见光和所述非可见光中的所述一个被所述表面涂层反射，从
而产生第一反射光。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述分开进一步包含：
使所述第一反射光通过至第二表面上，所述第二表面具有第二表面涂
层，
其中所述第一反射光被所述第二表面涂层反射，从而产生第二反射
光。
5.根据权利要求4所述的方法，其中使所述可见光和所述非可见光
中的一个通过透镜进一步包含使所述第二反射光通过所述透镜。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述非可见光包含荧光。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述荧光包含近红外光谱内的
光。
8.根据权利要求1所述的方法，其中使用衍射元件代替所述透镜。
9.一种微创手术系统，其包含：
摄像机，其包括棱镜元件，在所述棱镜元件内具有透镜，其中所述透
镜校正由可见光和非可见光中的一个形成的图像的焦点，以便所述图像
的焦点与通过所述棱镜元件的所述可见光和所述非可见光中的另一个形
成的另一个图像的焦点大致相同。
10.根据权利要求9所述的微创手术系统，其中所述棱镜元件进一步
包含：
第一表面，其具有通过反射涂层，其中所述涂层使所述可见光和所述
非可见光中的所述另一个通过所述涂层，并且反射所述可见光和所述非
可见光中的所述一个。
11.根据权利要求10所述的微创手术系统，其中所述棱镜元件进一步
包含：
第二表面，其与所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·M·麦克道尔，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：
国别省市：