CN102802540A - 透皮天线 - Google Patents

Abstract

透皮天线可以被部分***哺乳动物身体中的腔中，从而从位于身体内的装置接收无线数据传输并且将数据转发到位于身体外的装置。透皮天线可以包括第一天线，其可以被***体腔内，并且从位于身体内的装置接收射频数据传输。透皮天线可以使用同轴电缆、波导或者两者的组合将所接收的数据传输传导到位于身体外的转发机构。转发机构可以通过使用例如同轴电缆的有线连接或者使用经由耦合第二天线的收发器的无线通信链路将所传导的数据传输转发到位于身体外的接收器装置。

Description

透皮天线

技术领域

本发明大体上涉及天线，并且更具体地涉及能够转发数据和控制患者身体内的装置和身体外的装置之间的通信的透皮天线。

背景技术

进行的腹腔镜外科手术的数目在上升。在进行腹腔镜外科手术时，外科医生造成较小的皮肤切口并且使用专门器械和技术，在一些情形中，这些器械和技术能够减少失血、加快术后康复并减少术后疼痛。因此，当可能时，患者和其外科医生优选腹腔镜外科手术而不是开腹手术。

腹腔镜外科手术的成功取决于复杂的摄像技术（video-cameratechnology）、精确的手术器械和有经验的外科医生。在腹腔镜外科手术期间，照相机充当外科医生的眼睛并且器械作为其手和手指。因此，腹腔镜外科手术期间所使用的仪器的技术进步可以使得外科手术更成功并且更好地术后预知。然而，哺乳动物身体呈现独特的环境，其能够限制某些技术的使用。例如，由于电缆限制移动，采用用于数据传输的有线连接的仪器限制外科医生在体腔内自由操作的能力。同时，可能限制使用高频信号的无线技术，因为高频信号被组织吸收，限制或阻碍数据通过身体的传输。

发明内容

各种实施例的透皮天线使得能够在位于患者身体内的装置和位于身体外的接收器或者控制器装置之间进行数据和控制通信。在各种实施例中，透皮天线可以包括杆体、位于该杆体第一末端的第一天线和位于该杆体第二末端的第二天线或者收发器。透皮天线的第一末端可以被***哺乳动物身体中，因此第一天线能够从位于身体内部的装置接收数据传输。由第一天线接收的射频信号可以经由同轴电缆、波导或者同轴电缆和波导的组合通过杆体传导到第二天线。在第二末端，射频信号可以经由例如同轴电缆的电缆传导到外部接收器装置，或者由收发器接收并再传输用于由外部接收器装置接收。

附图说明

包括于此并构成部分本说明书的附图图解说明本发明的示例性实施例，并且它们与上面给出的概述和下面给出的详细描述一起用来解释本发明的特征。

图1是根据各种实施例的***组件图。

图2是根据实施例的经由有线连接和外部接收器装置连接的透皮天线的横截面视图。

图3是根据实施例的透皮天线的近端部分的详细横截面视图。

图4A-4C是根据实施例的透皮天线的远端部分的详细横截面视图。

图5是根据实施例的具有耦合外部接收器装置的收发器的透皮天线横截面视图。

图6是根据实施例包括收发器的透皮天线的远端部分的详细横截面视图。

图7是根据实施例包括无线收发器的透皮天线的横截面视图。

图8是根据实施例包括无线收发器的透皮天线的远端部分的详细横截面视图。

图9是根据实施例包括外部天线的透皮天线的横截面视图。

图10是根据实施例包括外部天线的透皮天线的远端部分的详细横截面视图。

图11是根据另一个实施例的透皮天线的横截面视图。

图12是根据实施例包括用于传导射频信号的同轴电缆和波导的组合的透皮天线的横截面视图。

图13是图12中所示的透皮天线的近端部分的详细横截面视图。

图14是图12中所示的透皮天线的远端部分的详细横截面视图。

图15A是根据实施例在外科手术中在一个腔内包括多个透皮天线的外科***的***组件图。

图15B是根据实施例在多个腔内包括多个透皮天线的外科***的***组件图。

图16是根据实施例套针内包括透皮天线的外科***的***组件图。

图17是根据实施例包括透皮天线和到外部接收器装置的有线连接的套针的横截面视图。

图18是根据实施例包括透皮天线的套针的横截面视图。

图19A-19B是包括波导的替换实施例透皮天线的横截面视图。

图20是根据实施例包括透皮天线的充气针的横截面视图和详细视图。

图21是通过使用透皮天线用于治疗患者的实施例方法的处理流程图。

具体实施方式

将参考附图详细描述各种实施例。在可能的任何地方，贯穿附图会使用相同的参考数字表示相同或相似部件。为了说明性的目的参考特定的范例和实施，并且不意图限制本发明的保护范围或权利要求。

词“示例性的”这里用于意思是“作为范例、实例、或者说明”。这里描述为“示例性的”任何实施不是必需看作是优选的或者比其他实施有利的。

在腹腔镜外科手术期间，照相机充当外科医生的眼睛，并且器械作为其手部和手指。因此，腹腔镜外科手术的成功取决于复杂的摄像机技术、精确的手术器械和有经验的外科医生。技术进步为外科医生提供更复杂且更精密的器械，其进而能够提高外科手术的总体质量。例如，高级照相机***能够经发展从而在外科手术期间为外科医生提供高质量高清晰度图像。然而来自这些高清晰度照相机的数据传输取决于电缆或无线传输的使用，从而将图像数据传递到能够将图像呈现给外科医生的外部接收器装置。

现在用于最低限度地侵入式外科手术的当前高清晰度摄像机经由电缆连接到身体外部的接收器装置。每个照相机视野是有限的并且每个照相机都需要专用套针或者机械手。这对外科医生能够是非常限制的。为了克服这些限制，外科医生设想无电缆HDTV（高清晰度电视）照相机，其能够放置在为外科手术充气的腔内的任何地方。

由于受到电线带来的在移动工具而不碰撞电线并且不无意中移动照相机的不便和限制，用电缆将TV照相机连接到外部接收器由于种种理由是不期望的。而且，将位于体腔内的高性能装置连接到外部装置的电缆可以形成安全风险，尤其是在电气故障情况下，因为电缆能够是患者的电击来源。因此，设想的是将开发无线照相机从而将数据发送到位于身体外的接收装置。

利用例如无线高清晰度照相机的无线技术将数据从身体内发送到位于身体外的接收装置是受限的。高清晰度照相机需要使用高带宽来运送高清晰度电视数据。然而，身体组织吸收高带宽传输。使用集中于能够穿过身体组织的低得多的载波频率的信号的无线数据链路也不是有用的，因为这些信号的低带宽不能运送高清晰度电视数据。

为了使能通过身体组织的高容量数据信号的传输，各种实施例提供天线，其传导射频信号通过身体的皮肤层和皮下层，这里该天线被称作“透皮天线”。透皮天线能够被部分***体腔中，从而从位于身体内的装置接收无线数据传输、传导该数据传输穿过身体组织边界、并且将数据传输转发到位于身体外的接收器装置。

词“转发”在这里通常用于涉及将由透皮天线接收的射频信号传输到外部接收器装置上的机构。如各种实施例中所述，由透皮天线接收的射频信号可以通过下列方式转发：通过连接到外部接收器装置的电缆（例如，同轴电缆）“传导”；通过经由收发器的“再传输”，收发器从透皮天线接收信号并将信号从外部天线无线传输以由外部接收器装置接收；或者通过来自外部天线的“再辐射”，用于由外部接收器装置接收而不利用收发器放大或者重新格式化信号。为了便于参考，将由透皮天线接收的射频信号转发到外部接收器装置的机构在这里通常被称为“转发机构”。如各种实施例中所述，转发机构可以包括收发器、电缆、到电缆的连接、外部天线及其组合。

各种实施例的透皮天线可以在为腹腔镜外科手术建立的充气体腔内利用无线信号的低损耗传播。例如，无线照相机可以使用套针或者NOTES机械手***身体中。透皮天线可以部分***体腔中，以便第一末端置于充气的腔内，并且第二末端置于身体外。为了便于参考，按照透皮天线的计划用途，第一末端也可以被称作“内部末端”或者“近端”（即，接近患者），并且第二末端可以被称作“外部末端”或者“远端”。腔内的部分可以包括能够从***的照相机接收数据传输的第一天线。第一（内部）天线连接到将所接收的数据传输传导到第二末端的同轴电缆或者波导，在第二末端处转发机构将数据传输转发到身体外部的接收器装置，信号强度损耗低。在第一个实施例中，转发机构可以是电缆或者电缆联接/连接，以便数据传输从透皮天线的第二末端通过耦合透皮天线的电缆或者波导传导到接收器装置。这个实施例可以包括在透皮天线的第二末端上的电缆联接，和可选包括便于将数据传输耦合到电缆或者波导的转发电路。在第二实施例中，转发机构可以是无线收发器，以便数据传输由耦合到透皮天线的第二末端的收发器在足够使能外部接收器装置的接收的功率下无线再传输。在第三实施例中，转发机构可以是外部天线，以便数据传输可以从外部天线无源地再辐射。

图1图解包括实施例透皮天线110的通信***。透皮天线110部分***体腔108中从而从位于体腔108的内部的照相机106接收数据传输，并且将数据传输转发到外部接收装置119。如图1所图解的，哺乳动物身体100可以包括皮层101、脂层104、肌肉层102和在身体内的充气腔108，其中充气腔108是通过将空气经由充气针（未示出）注入腔中而为外科手术产生的。在一些外科手术期间，例如在腹腔镜外科手术中，例如照相机106的装置被放在体腔108的内部，从而允许外科医生察看其正在进行手术的器官，而不必须通过患者的皮肤作出大的外科切口。照相机106可以从体腔108的内部获取图像。为了按照高性能照相机106的要求传输大量数据，照相机106可以经由高频率无线通信链路输出每秒1.5吉比特（Gbit）的数据流。

为了接收可以从体腔108的内部放置的仪器传输的高频信号，透皮天线110可以部分***体腔108的内部，以便部分113延伸到身体外。透皮天线110可以经由内部天线115从内部照相机106接收数据传输109，并且将射频能量传导到外部收发器112或者耦合电路，其将数据传输转发到身体100外部的接收装置119。由透皮天线110转发的数据传输可以在外部收发器119被接收，并且被提供到为外科医生显示照相机图像的显示器122。

透皮天线110可以包括杆体200，其具有***体腔108中的近端111和保持在哺乳动物身体100外的远端113。为了便于参考，***身体100中的透皮天线110的末端在这里被称为近端（接近患者），并且另一末端被称为远端（远离患者）。由内部天线115接收的数据传输可以通过同轴电缆、波导或者同轴电缆和波导的组合传导到外部天线116。内部天线115可以是适合于接收频率在内部照相机106发射的范围中的射频能量的任何形式的天线。例如，附图示出内部天线111为简单的单极天线，其可以运行为全向天线。然而，所示的天线配置只是为了图解说明的目的，并且可以使用和内部装置（例如内部照相机106）发射的频率和透皮天线110的尺寸和配置一致的任何已知的天线类型或者配置。

接收的数据传输可以无线地或者经由有线连接转发到接收器装置119。如图1所示，透皮天线110可以使用电缆118（例如，同轴电缆）或者波导传导接收的数据传输，电缆118或者波导可以直接将透皮天线100的远端113连接到外部接收器装置119。在一些实施例中，收发器112可以耦合到透皮天线，其包括用于传导到接收器装置119而接收、放大并传导所接收的射频能量到电缆118上的电路。在其他实施例中，可以提供简单的导体连接以便接收的射频能量有效地耦合到电缆118，用于到外部接收器119的传导。

具有内部天线115和外部收发器112的透皮天线110也可以用于从外部照相机控制板传输控制信号到体腔108内的无线照相机。这种控制信号可以控制例如变焦、焦距和光线的照相机参数，并且也可以控制照相机视野角度和位置（例如，在磁性浮动照相机的情形中）。进入体腔的数据的数据速率通常会比出来的视频的数据速率低很多。

在替换实施例中，透皮天线110可以使用耦合外部天线116的收发器112无线地再传输数据。在这个实施例中，收发器112从透皮天线接收射频能量，并且以足够功率转播信号以由外部接收器119接收。下面参考图9-11更详细地讨论连到杆体200的远端的外部天线116的使用。

透皮天线110可以包括止动装置114从而防止整个透皮天线114无意中落入体腔108中。止动装置114也可以提供把手以由外科医生使用。

透皮天线110可以以不同的方式被设计。图2图解说明第一实施例，示出透皮天线110的横截面视图，其通过经由外部电缆118传导数据信号而将数据信号转发到外部接收器装置119。如图2中所图解的，透皮天线110可以包括杆体200，其具有管腔204、近端111和远端113。如上面所讨论的，透皮天线100可以经由在杆体200的远端113的有线连接118连接到外部接收器装置119。透皮天线110可以在杆体200的近端111进一步包括尖端部分206。尖端部分206的远端可以固定地连到杆体200的近端111。尖端部分206的近端可以逐渐变细到点208，从而便于将透皮天线110推进到身体100中。尖端部分206可以通过在近端111使杆体200逐渐变细来形成。

透皮天线110可以进一步包括放置于杆体200的管腔204内部的同轴电缆202。同轴电缆202可以从透皮天线110的近端部分向远端部分延伸。在近端，同轴电缆202可以形成内部天线115，其可以延伸超过杆体200的近端111并进入尖端部分206。内部天线115可以经配置从而从位于体腔108内的装置接收数据传输，并且经由内部同轴电缆202将数据传输传导到外部电缆118。在杆体200的远端113，同轴电缆202可以与外部电缆118（例如，同轴电缆）连接，外部电缆118将数据信号传导到位于身体100外部的接收器装置119。在图2中所图解的实施例中，外部电缆118可以经由连接器（如图4B中更详细地示出的）连接到透皮天线110的远端113，或者外部电缆118和透皮天线110可以配置为一个单元，其中内部同轴电缆202延续进入外部电缆118。外部接收器装置119可以处理接收的数据并将图像数据提供到为外科医生显示图像的显示器122。

图3示出透皮天线110的实施例的近端部分的详细横截面视图。位于杆体200的管腔204内的同轴电缆202可以包含若干层，这些层包括导体芯308、覆盖导体芯308的内部绝缘体306、覆盖内部绝缘体306的可导电的屏蔽体304和覆盖同轴电缆202的全部内容的外部塑料***302。由于同轴电缆202接近尖端部分206，外部塑料***302、内部绝缘体304和可导电的屏蔽体306可以在导体芯308之前终止，因此导体芯308延续进入尖端206。同轴电缆202的导体芯308的这种延伸可以用于在尖端206中形成内部天线115。如上所述，内部天线115图解为通过延伸导体芯308形成的单极天线，其只是可以被使用的适合天线配置的一个例子，并且内部天线115可以任何已知形式或配置的天线。在另一个实施例中，同轴电缆202可以包含外部传导管、内部传导芯和充满其间空间的介电材料。

尖端206可以具有不同设计。例如，尖端206可以在其近端206a逐渐变细。这种配置允许尖端206在其近端206a形成尖锐的针尖208。尖点208可以使外科医生能够容易刺穿身体100的皮肤、脂肪和肌肉，从而将透皮天线110***体腔108。可替换地，尖端可以是钝的（未示出），在这种情形中，可能需要切口从而将透皮天线110***身体100中。

尖端206区域可以是或者不是杆体200的一部分。如果尖端206是部分杆体200，那么假如杆体200由例如塑料的介电材料制成，就可以用与杆体200中使用的材料一样的材料构造。如果尖端206是杆体200的连接件，那么其可以固定地或者可移动地连到近端111并且由和杆体200的材料不同的材料构造。例如，尖端206可以由介电材料构造，例如树脂或者塑料。

为了便于刺穿身体100，尖端206和杆体200的近端部分可以由例如硅树脂的滑料覆盖。润滑涂层可以允许具有针尖208的透皮天线110较容易刺入身体100，并且因此致使手术更有效并且更安全。

图4A-4C图解说明透皮天线110的两个实施例的末端（即，外部）部分的细节，其经由可以是任何已知物理连接的有线连接118连接到接收器装置119，该物理连接将使得能够从透皮天线110到接收器装置119传导数据，例如同轴电缆或者波导。

如图4A中所图解的，为了使得透皮天线110能够耦合到外部电缆118，内部同轴电缆202可以延伸超过透皮天线110，从而形成外部电缆118。在这种配置中，外部电缆118可以在用于连接外部接收器装置116的电连接件202a中终止。电连接件202a可以是包括常规同轴电缆连接件的任何已知的电连接件。

在图4B中所图解的进一步实施例中，外部同轴电缆118可以经由内部同轴电缆上的电缆连接器202b连接到透皮天线110，该内部同轴电缆耦合到外部电缆118上的电缆连接器118a。在这个实施例中，内部同轴电缆202可以通过形成到远端电缆连接器202b的电导连接在杆体200的远端113终止。同样，同轴电缆118的近端终止在经配置从而连接透皮天线110电缆连接器202b的电缆连接器118a。一旦在两个电缆连接器202b、118a之间建立连接，那么由内部天线115接收并通过透皮天线110的同轴电缆202传导的数据传输能够传导到外部接收器装置119。

在图4C中所图解的进一步的实施例中，波导可以用作外部电缆118。在这种实施例中，导体芯308可以延伸超出同轴电缆202的终点。透皮天线110的导体芯308可以延伸进入外部波导电缆118。由内部天线接收并且沿着同轴电缆202的长度传导的数据传输会由耦合到延伸的导体芯308的电缆波导转换天线309传导进入波导118。另一个实施例设计使用整个透皮杆体作为圆形波导。在这个实施例中，杆体可以被空气或者介电材料填充。在杆体的两端，可以包括适配器，从而将信号从波导耦合到在近端的天线并且从波导耦合到在远端的同轴电缆。

图5和6图解替换实施例透皮天线110的横截面视图，其中在天线的外端上的收发器112耦合所接收的传输信号并且将这些信号转发到外部电缆118。

图5图解实施例透皮天线110，其中透皮天线110包括在远侧部分连接的收发器112。收发器112经配置从而从同轴电缆202接收高数据率视频数据传输，并且将这些信号转发到有线连接118并且从控制面板传输低数据率控制信号到同轴电缆202中，有线连接118将信号传导到接收器装置122。在这个实施例中，收发器112可以包括接收并加强传输信号（例如，通过放大信号）的电路，并且有效地将这些传输信号施加到外部电缆118，以便低损耗的传导。

图6图解以上参考图5所述的透皮天线110实施例的远端部分的细节。收发器112可以连到杆体200的远端113并且经由连接装置502连接到同轴电缆202。从患者身体100内的装置接收的数据传输可以通过内部同轴电缆202传导并且由收发器112接收。收发器112可以通过将数据传输传导到外部电缆118上，将其转发到外部接收器装置119。收发器112也可以通过电缆118从外部电源接收电力，例如以便为放大器电路供电。可选择地，收发器可以从安置在收发器112内的内部电源504（例如电池）接收电力。

图7和8图解替换实施例透皮天线110的横截面视图，其中在外端的收发器112再传输所接收的传输信号，作为从外部天线116发出的无线信号。参考图7，收发器112可以连接到透皮天线110的远端部分，从而从内部同轴电缆202接收数据传输。收发器112可以放大并经由外部天线116无线地再传输数据传输。收发器112可以经配置从而使用已知的高数据率无线通信协议建立与外部接收器装置119的无线数据链路连接。进一步地，收发器112可以经配置从而重新格式化或者调谐所接收的数据传输，从而便于经由外部无线数据链路连接再传输。

图8图解以上参考图7所述的透皮天线110的远端部分的细节。放置在杆体200的远端113的收发器112经由连接装置502连接到同轴电缆202。收发器112可以是任何已知的电子接收器和发送器电路，其能够支持高上游数据速率和较低的下游速率。进一步地，收发器112可以从安置在收发器112内的内部电源504，例如电池接收电力。

图9-11图解替换实施例透皮天线110，其包括耦合到在杆体200的远端的同轴电缆202的外部天线116，该天线经配置从而再辐射经由内部天线115接收的传输信号。这个实施例提供简单的（并因此价格可能比较低廉）透皮天线配置，因为传输信号的转发由来自外部天线116的再辐射无源地完成。与包括收发器112的实施例相比，这个实施例会在身体外部产生较低强度的无线信号。因此，这个实施例可以要求靠近透皮天线放置外部接收器装置119，例如停留在患者直接邻近或者覆盖透皮天线110的皮肤上。进一步，为了提供足够的再辐射信号强度，内部天线115可能需要具有高增益配置，和/或患者的身体内放置的无线装置可能需要以较高信号强度传输数据。

图10图解图9中所示的透皮天线110的远端部分的细节。这个实施例透皮天线110包括固定连到杆体200的远端的外部天线116。为了形成外部天线116，导体芯308可以延伸超过余下的同轴电缆202的终点进入尾部部分900。从身体100内部的装置接收并且通过同轴电缆202传导的数据传输会从外部天线116被再辐射。接收器装置天线（未示出）可以靠近外部天线116放置，从而接收再辐射的信号并且将其传送到外部接收器装置119。为了提供足够的链路预算用于可靠地将数据传输再辐射到接收器装置119，位于身体内部的装置，例如照相机106，可能需要发射比上面参考图2-8所述实施例的情形中更高功率的信号。而且，透皮天线110可以包括高增益内部天线115。进一步，外部接收器装置天线可以经配置从而装在透皮天线的顶部上方，例如包括天线的帽（未示出），以便全部发射的辐射由接收器天线接收。这种帽也可以通过覆盖通过透皮天线形成的刺孔用作卫生的目的。

再辐射透皮天线的顶部部分可以包括盖体900从而保护外部天线116不被破坏。盖体900可以由介电材料构造，例如树脂或者塑料。

图11图解实施例透皮天线110，其中内部天线115和外部天线116没有被保护盖覆盖。在这种实施例中，为了在***身体期间保护内部天线115不被破坏，可以在将透皮天线110的近端部分***身体100之前用手术刀切切口。

图12图解实施例透皮天线110，其包括同轴电缆202和波导1200的组合，从而将经由在近端的开口1202接收的数据传输传导到在远端的收发器112。来自体腔108内部的装置的数据传输可以由开口1202接收，开口1202经配置从而使得射频辐射能够进入波导1200。透皮天线110的近端可以经配置从而形成尖点1204，从而易于***身体。波导1200可以将接收的数据传输传导到波导同轴转换器1206，波导同轴转换器1206将接收的信号传导到内部同轴电缆202。同轴电缆202传导数据传输到收发器112，在这里数据传输可以经由外部天线接收并再传输或者经由电缆118（图12中未示出）传导到外部接收器装置116。

图13图解以上参考图12所述的透皮天线110的近端部分的细节。波导1200可以在开口1213终止，开口1213经配置从而使得射频辐射进入波导1200。来自体腔108内部的装置的数据传输可以经由波导开口1213接收，以便射频能量被传输到波导1200的远端。如上所述，透皮天线110的外部部分可以被做成尖点1204，其也在***患者身体期间保护波导开口1213的末端不被破坏。

图14图解以上参考图12所述的透皮天线110的远端部分的细节。在远端部分，波导1200耦合到波导同轴电缆转换器1206，其从波导接收RF能量并且将信号传导到远端内部同轴电缆202用于传导到收发器112（或者外部同轴电缆118）。在通信技术领域中众所周知用于波导同轴电缆转换器1206的设计，并且许多适合已知转换器的任何一个可以用于各种实施例中。通常，波导同轴电缆转换器1206会在波导1200的末端包括腔室1220，腔室1220包括延伸进入波导路径从而接收RF能量的探针1222。探针1222连接到连接的同轴电缆202的中心导体1226。波导同轴电缆转换器1206可以进一步包括支撑结构1224，从而以适当暴露长度保持探针1222在适当位置，从而从波导1200获得RF能量的高增益接收。

各种实施例的透皮天线110可以以各种设置***身体中。如图1中所图解的，可以使用单个透皮天线110。图15A和15B图解两个替换的设置，其中多个透皮天线110被用于将来自身体100内部的装置的数据传输转发到外部接收器装置119。如图15A中所图解的，多个透皮天线110a、110b、110c可以部分地***单个体腔108中。在这种设置中，位于体腔108中的照相机106的图像数据传输109可以由一个或更多内部天线115接收，每个内部天线115都将所接收的信号传导到收发器112，收发器112经由外部天线116再传输所接收的信号或者经由电缆118（图15A中未示出）将所接收的信号传导到外部接收器装置119。多个透皮天线110的使用可以提供信号增益优点或者当另一个天线被组织阻塞时，使得信号能够由一个天线传导。

在图15B中所图解的第二设置中，多个透皮天线110a、110b、110c可以被***不同并分开的体腔108a、108b、108c中。例如，第一透皮天线110a可以被***腹腔108a中，另一个透皮天线110b可以被***到胸腔108b中，并且第三透皮天线110c可以被***到心包腔108c中。在每个体腔108a、108b、108c中，透皮天线110a、110b、110c从每个腔108a、108b、108c内设置的照相机106a、106b、106c接收图像数据传输。每个透皮天线110a、110b、110c可以将来自照相机106a、106b、106c的数据传输经由无线收发器112或者有线电缆118（未示出）从体腔108a、108b、108c的内部传导到外部接收器装置119。在这个设置中多个透皮天线110a、110b、110c的使用使得外科医生能够同时查看来自放置在不同腔内的照相机的图像。

为了减少手术期间穿入患者身体的器械的数目，透皮天线110可以和以任何方式也必须***身体100的其他手术器械合并。图16图解连到套针1600或者在套针1600内构造的实施例透皮天线110。当这种套针1600部分***体腔108中时，集成的透皮天线110能够转发来自放置在身体100内部的例如照相机106的装置的数据传输到外部接收器装置119。由透皮天线110接收的数据传输可以被传导到可以直接连接到套针1600的收发器112。收发器112可以无线接收数据传输并且再传输数据传输，或者经由有线连接118将数据传输传导到外部接收器装置119。

图1和图16图解从多个位置传输的多个照相机的实施例。传输可以在不同载体频率或者在相同频率但是不同的时隙。为同步、协调和资源分配创造无线网络，其使得能够从全部照相机同时传输图像数据。

图17图解透皮天线110的实施例，其连到套针1600或者在套针1600内构造，其中有线连接18将透皮天线110连接到外部接收器装置119。图18图解实施例透皮天线110，其连到套针1600或者在套针1600内构造，其中转发机构是无线收发器112。在这个配置中，当套针1600被***体腔108中时，由内部天线115接收的来自体腔108内部的装置106的数据传输被传导到收发器112，用于经由外部天线116的再传输。

透皮天线110实施例可以经由内部波导1900传导在内部天线接收的射频信号到在其远端的电缆或者收发器。图19A和19B图解可以使用的两个实例波导1900配置。波导1900可以包括杆体600、管腔602、波收集尖端604和止动装置610。杆体600可以由金属制成，例如镀金的不锈钢或者铝，从而允许射频能量的传输通过杆体600从杆体600的近端部分到其远端。为了在60GHz频率范围中传输射频信号，管腔602的内部可以是近似3mm的直径。管腔602可以是空心的或者用介电材料填充，从而防止例如人组织的其他非介电物质进入管腔602。位于杆体600的近端的波收集尖端604可以被用于从位于体腔108内部的装置接收数据传输。

波收集尖端604可以以各种构造形成。例如，如图解的，波收集尖端604可以通过使杆体600的近端逐渐变细形成，从而允许在波收集尖端604的近端形成尖点。当外科医生将波导1900***体腔108中时，在波收集尖端604的近端的尖点可以允许外科医生很容易地刺穿皮肤、脂肪和肌肉。止动装置610可以防止波导1900无意中落入患者的身体100中。

波导1900可以以各种构造形成。如图19A中所示，波导1900a可以耦合到波导同轴电缆转换器1206，其接收信号并将信号传导到收发器112，收发器112能够经由外部天线116再传输数据传输。如上所述，波导同轴电缆转换器1206通常会包括探针1222，其延伸进入波导1900a，从而接收射频能量。可选择地，收发器112可以经由外部同轴电缆118连接到外部接收器装置119。

在图19B中所图解的进一步构造中，波导1900b可以在连接到同轴电缆118的波导同轴电缆转换器1206终止。例如，波导同轴电缆转换器1206可以通过将同轴电缆118的中间导体118a延伸进入波导1900b形成，从而形成接收射频能量的探针。然后，由探针118a接收的数据传输经由同轴电缆118传导到外部接收器装置119。

图20图解根据实施例的包括透皮天线110的充气针2000。充气针2000可以被***患者身体从而将气体引入体腔108。引入气体可以分离组织，并且产生充气腔，其中外科医生能够在充气腔中识别解剖结构并手术。如图所示，透皮天线110可以在充气针2000内配置，所以只需要单个穿刺来使该腔充气并且传导无线信号通过真皮层。透皮天线110可以连到充气针2000，或者在充气针的管腔2002中自由移动。如果透皮天线110连到充气针2000，那么可以通过调节充气针2000的深度调节身体内的透皮天线110的深度。如果透皮天线110自由地放置在充气针2000的管腔2002内，那么可以通过用充气针2000向内或者向外移动透皮天线110来调节透皮天线110的深度。

例如，图20中所图解的透皮天线110是在充气针内自由放置的同轴透皮天线110。一旦充气针2000被***身体中，那么外科医生可以在体腔108内延伸或者收起透皮天线110。

各种实施例中的透皮天线110的杆体200可以由许多医学上可靠的材料制成。可以使用几个标准选择一种类型的材料，该材料可以用于构造透皮天线110的杆体。例如，用于构造透皮天线110的材料应该是不引起过敏的。此外，可***体腔108中的透皮天线110可能需要结实的材料，例如不锈钢，从而在外科手术期间经得起穿透组织的应力。杆体材料可以是金属或者非金属（例如，塑料）。在包含波导的透皮天线110中，杆体材料必须是导电金属，例如金属合金，从而允许射频能量的有效传输。

不同的外部天线116也可以用于各种实施例中。例如，外部天线116可以是单极、全向或者定向（高增益）天线。单极天线是一种类型的无线电天线，其通过用与另一半成直角的接地平面代替偶极天线的一半形成。全向天线是天线***，在一个平面中均匀地辐射功率，在竖直平面中具有定向的波束形状。高增益天线是具有聚焦的狭窄无线电波束宽度的天线。

表格1是针对图5中所示的情形的链路预算，其中收发器直接连到远端。该表格包括用于透皮天线110的实施例的天线参数。

表格1

图21图解用于使用各种实施例的透皮天线110治疗患者的实施例方法。步骤800，在数据必须从位于身体内的装置106接收的情形中，透皮天线110可以被部分***体腔108中。放置在体腔108中，透皮天线可以将射频信号从位于体腔内部的装置106传导到身体外的接收器装置119。步骤802，使用这个传导路径，内部装置106和外部接收器装置119能够建立双向的数据链路。可以使用已知通信协议建立这种链路。步骤804，外部接收器装置119能够经由透皮天线接收数据传输。步骤806，外部接收器装置119能够提供数据到显示器122，显示器接收数据并且根据接收的数据显示图像。

尽管各种实施例的上述描述涉及从内部无线装置106向外部接收器装置119传送的射频信号，但是透皮天线110也从外部装置向内部无线装置106传送控制信号。因此，各种实施例的透皮天线110能够用于建立两路（双向）数据和控制通信链路。因此，透皮天线110能够将控制信号传送到内部无线装置106，以及从这些装置转发数据传输。

前面的方法描述和过程流程图仅仅提供作为说明性范例，而不意图需要或暗示各种实施例的步骤必须按照所呈现的顺序实行。如本领域技术人员将理解的，上述实施例中的步骤的顺序可以以任何顺序实行。例如“其后”、“然后”、“其次”等等的词不是意图限制步骤的顺序；这些词只是用于引导读者贯穿该方法的描述。进一步，对例如使用冠词“一”、“一个”或者“该”的单数形式的权利要求元素的任何参考不解释为限制该元素为单数。

提供公开的实施例的前面描述，从而使得本领域任何技术人员能够进行或使用本发明。对这些实施例的各种修改会对本领域技术人员显而易见，并且这里所定义的一般原则可以应用到其他实施例，而不偏离本发明的精神或范围。因此，不意图限制本发明为这里所示的实施例，而是本发明符合与权利要求和这里公开的原则和新颖特征一致的最宽的范围。

Claims (25)

1.一种透皮天线，包含：

具有近端和远端的杆体；

连到所述近端的内部天线；

射频能量导体，其中所述射频导体从所述近端延伸到所述远端；和

转发机构，其耦合到所述远端，并且经配置从而将射频信号转发到外部接收器装置，

其中所述透皮天线被配置成当所述透皮天线的所述近端被***身体中时，使得所述转发机构仍旧在身体外。

2.根据权利要求1所述的透皮天线，其中所述射频能量导体包含同轴电缆。

3.根据权利要求2所述的透皮天线，其中所述内部天线通过延伸所述同轴电缆的导体芯超过所述杆体的所述近端形成。

4.根据权利要求1所述的透皮天线，其中所述杆体形成波导，所述波导在近端上包含开口，所述开口经配置从而使得射频能量能够进入所述波导，所述透皮天线进一步包含波导同轴电缆转换器，其耦合到所述波导并且耦合到所述转发机构。

5.根据权利要求1所述的透皮天线，其中所述转发机构包含耦合到所述射频能量导体的同轴电缆。

6.根据权利要求1所述的透皮天线，其中所述转发机构包含同轴电缆连接器，其耦合到所述射频能量导体并且经配置从而与外部同轴电缆建立电连接。

7.根据权利要求1所述的透皮天线，其中所述转发机构包含收发器，所述收发器耦合到所述射频能量导体并且经配置从而经由外部同轴电缆将射频能量传导到所述外部接收器装置。

8.根据权利要求1所述的透皮天线，其中所述转发机构包含：

耦合到所述射频能量导体的收发器；和

耦合到所述收发器的外部天线，

其中所述收发器经配置从而从所述射频能量导体接收数据传输，并且经由所述外部天线再传输所述数据传输。

9.根据权利要求1所述的透皮天线，进一步地包含：

止动装置，其固定连到所述杆体，其中所述止动装置经配置从而防止一部分所述透皮天线被***所述身体中。

10.根据权利要求1所述的透皮天线，进一步地包含耦合到所述近端的尖端，其中所述尖端包括锥形近端和固定连到所述杆体的近端的平坦远端。

11.根据权利要求10所述的透皮天线，其中所述尖端由介电物质制成。

12.根据权利要求11所述的透皮天线，其中所述射频能量导体包含同轴电缆，并且其中所述同轴电缆的导体芯延伸进入所述尖端。

13.根据权利要求2所述的透皮天线，其中所述转发机构包含外部天线，其通过延伸所述同轴电缆的导体芯进入所述尾部形成。

14.一种透皮天线，包含：

用于将所述透皮天线***哺乳动物身体的装置，所述天线具有近端和远端；

用于从位于所述哺乳动物身体内的装置接收数据传输的装置；和

用于将接收的数据传输传导到位于所述哺乳动物身体外的接收装置的装置。

15.根据权利要求14所述的透皮天线，其中用于传导接收的数据传输的装置包含同轴电缆。

16.根据权利要求15所述的透皮天线，其中所述用于从位于所述身体内的装置接收数据传输的装置通过延伸所述同轴电缆的导体芯超过所述近端来形成。

17.根据权利要求14所述的透皮天线，其中所述用于将所述接收的数据传输传导到位于所述哺乳动物身体外的接收装置的装置包含经由同轴电缆将所述接收的数据传输传导到所述接收装置的装置。

18.根据权利要求14所述的透皮天线，其中所述用于将所述接收的数据传输传导到位于所述哺乳动物身体外的接收装置的装置包含将所述接收的数据传输无线再传输到所述接收装置的装置。

19.根据权利要求14所述的透皮天线，进一步地包含：

用于防止所述透皮天线被完全***所述哺乳动物身体中的装置。

20.一种用于在哺乳动物身体上实行手术到位于所述哺乳动物身体之外的接收器装置的方法，所述方法包含：

将透皮天线部分***所述哺乳动物身体的体腔中，所述透皮天线包含：

具有近端和远端的杆体；

连到所述近端的内部天线；

射频能量导线，其中所述射频导体从所述近端延伸到所述远端；和

转发机构，其耦合到所述远端，并且经配置从而将射频信号转发到外部接收器装置，

其中所述透皮天线被配置当所述透皮天线的所述近端被***所述身体中时，使得所述转发机构仍旧在身体之外；

经由通过所述透皮天线传导的射频信号在内部发送器和外部接收器之间建立数据链路；和

从所述内部发送器转发数据传输到所述外部接收器。

21.一种医疗***，包含：

植入哺乳动物身体内并传输数据的装置，其包含：

至少一个照相机；和

发送器，其经配置从而经由无线数据链路从所述至少一个照相机传输图像数据；

外部接收器装置，其经配置从而处理来自所述发送器的数据传输；和

透皮天线，其包含：

具有近端和远端的杆体；

内部天线，其连到所述近端，并且经配置从而从所述发送器接收无线数据信号；

从所述近端延伸到所述远端的射频能量导体；和

转发机构，其耦合到所述远端，并且经配置从而将射频信号转发到所述外部接收器装置，

其中所述透皮天线被配置成当所述透皮天线的所述近端被***所述哺乳动物身体中时，使得所述转发机构仍旧在所述哺乳动物身体外。

22.根据权利要求21所述的医疗***，其中所述转发机构包含同轴电缆。

23.根据权利要求21所述的***，其中所述转发机构包含无线收发器。

24.根据权利要求21所述的***，其中所述至少一个照相机包含多个无线照相机，其适于用于同时从哺乳动物身体内部的多个观察点传输图像数据，所述***另外包含无线网络。

25.根据权利要求24所述的***，其中在哺乳动物身体内构建所述无线网络，所述网络适于所述多个照相机的同步、协调和资源分配。

Images