CN108992020A - 与医疗器械一起使用的信号传输组件 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例涉及一种医疗器械。所述医疗器械可包括细长构件，其具有近端和远端，以及至少两个在其之间延伸的内腔。所述内腔中的至少一个可以是成像腔，其被配置为保持成像装置，且所述成像装置可被布置在所述成像腔内。信号传输装置可沿纵向延伸通过所述成像腔。所述信号传输装置的远端被可操作地耦合至所述成像装置且近端被可操作地耦合至处理器。所述处理器可位于所述成像腔的外部。所述信号传输装置可在所述成像装置和所述处理器之间传输信号。接地的编织导管可被布置在所述细长构件内并沿其长度延伸，包围所述成像腔。

Description

与医疗器械一起使用的信号传输组件

本申请是申请日为2013年10月21日、申请号为201380066548.X、名称为“与医疗器械一起使用的信号传输组件”的专利申请的分案申请。

相关申请的交叉参考

本申请要求于2012年10月23日提交的美国临时申请号为61/717,349的优先权的权益，其整个内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明一般涉及医疗器械和***。更特别地，本发明的实施例涉及与电子内窥镜一起使用的降噪组件，包括，例如，作为医疗成像***的一部分的内窥镜。

背景技术

带电物体，如电气医疗设备可生成电磁(EM)场。EM场可能影响附近的其他带电物体的状态。数学关系式，如麦克斯韦和法拉第方程式和洛伦兹力定律，证明辐射电磁场会对附近设备感应电流。这些感应电流一般被称为电磁干扰(EMI)，且其可能干扰或损坏附近的医疗设备所生成的电信号。在医疗环境中，如手术室或医生的办公室中，电气设备可能生成影响附近的其他医疗器具的EM场。虽然医疗设备可根据行业标准进行调节和测试以限制所产生的EM场的幅度，EM场和辐射也可通过医疗设施中存在的其他设备生成。

在使用数字内窥镜的情况下，电气设备，如成像***，包括位于远端区域用于查看内部区域的照相机，可能受到这种EM场的影响。由周围的设备所生成的EM场可与和数字内窥镜的照相机相关联的电缆相耦合，损坏被中继至和从照相机中继出的信号。EM场也可与电子电缆相耦合，该电子电缆将远端数字内窥镜组件，如数码相机连接至近端电子装置，如成像处理器。此外，置于EM源附近的任何其他电气组件也可能被损坏。

有时被称为“空中传播的EMI”的杂散电流所引起的这种损坏可能对内窥镜的医疗设备产生不利影响。连接内窥镜的远端和近端电子装置的电缆可能特别易受损坏，这是因为电缆中的导线可充当长天线，从而从EM场吸引电噪声。这些电缆可将视频信号从位于远端的内窥镜照相机传输至近端的视频处理设备。在使用内窥镜成像设备的情况下，被耦合的EMI可能损坏视频信号，从而导致图像劣化，或在一些情况下，导致视频成像的完全丧失。因此，需要减少耦合至内窥镜电缆的EM场的噪声。

一种减少从空中传播的EMI耦合至内窥镜电缆的影响的方法涉及将各电缆导线绞合在一起。将导线绞合在一起可能会使每个导线均匀地暴露于大致相同的噪声中。然后，电子硬件和/或软件则也许能够检测类似的信号成分，如穿过各个电缆导线的噪声，从而允许硬件和软件均匀地从总的信号输出中扣除该噪声。然而，将导线或导线对绞合在一起可能并非总是可行的。例如，一些医疗器械，如内窥镜可能具有尺寸约束以允许它们能通过窄的体腔。由于绞合导线可能会使电缆增加额外的体积，因此这种减少噪声的方法对于一些装置来说也许是不可能的。

另一种减少噪声的技术包括用EMI屏蔽包围噪声敏感的电缆。这种屏蔽可包括，例如铜胶带或EMI屏蔽涂料，其可被涂覆在例如电缆外壳上。添加EMI屏蔽可能增加这种装置的成本，然而，这对于一次性的内窥镜来说是特别关注的问题。在一些情况下，添加EMI屏蔽可能是困难的或不可能的。例如，可能无法用EMI屏蔽涂料涂覆导管的内腔。

噪声耦合也可能通过导电介质，例如，盐水或体液而发生。该噪声耦合源可被称为“导电耦合噪声”。例如，如果对一定体积的盐水溶液施加电信号，那么则能在置于与盐水相接触的位置上的电极上测量所产生的信号。充当导电路径的盐水允许将注入的信号与电极耦合起来。对于医疗器械，如内窥镜而言，例如，用于灌注的体液或盐水可能在将内窥镜暴露于这种流体环境时围绕内部电子电缆的部分。这种流体介质的导电性因此增加了在流体和电缆之间发生噪声耦合的可能性。

一种减少导电耦合噪声的方法为减少与电缆相接触的流体的量。将电缆置于单独且密封的内腔中可防止流体与电缆接触。然而，内窥镜的尺寸限制可能使电缆的密封是困难的。例如，在内窥镜的可视化腔和灌注和/或抽吸腔之间的壁可以是薄的，从而减小尺寸或增加柔韧性。结果是，薄的壁可能易于在医疗程序中发生加工缺陷和/或机械损伤。这些缺陷可能允许流体从灌注和/或抽吸腔进入可视化腔。当使用电子成像内窥镜时，流体可能围绕被布置在可视化腔中的电缆且可能填充位于电子电缆总成的相邻导线之间的可用空间。这可能导致成像信号的劣化或故障。此外，制造能够增加流体的不渗透性的薄的壁也可能增加医疗器械的成本。

另一种减少导电耦合噪声的方法是使用在电缆周围的绝缘物实现信号导线的电绝缘。然而，绝缘物必须具有足够的厚度以防止噪声耦合至内部导线。其结果是，使用绝缘物可能会增加对医疗器械的空间要求，且因此无法在具有较小直径的器械，如内窥镜中使用。因此，需要一种使电缆与环境噪声和/或流体相绝缘且不增加对数字成像内窥镜的空间要求、不降低其柔韧性或增加其成本的方式。

发明内容

本发明的实施例涉及一种医疗器械。医疗器械可包括细长构件，其具有近端和远端，以及至少两个在其之间延伸的内腔。内腔中的至少一个可以是成像腔，其被配置为保持成像装置，且成像装置可被布置在成像腔内。信号传输装置可沿纵向延伸通过所述成像腔。所述信号传输装置的远端被可操作地耦合至所述成像装置且近端被可操作地耦合至处理器。处理器可位于成像腔的外部。所述信号传输装置可在所述成像装置和所述处理器之间传输信号。接地的编织导管可被布置在细长构件内并沿其长度延伸，包围成像腔。

在各种实施例中，医疗器械可包括下列额外特征中的一个或多个：成像装置可以是照相机；信号传输装置可以是电缆；编织导管可完全包围成像腔的圆周；医疗器械可包括照明腔，其被配置成容纳照明装置，且照明装置被布置在照明腔内；编织导管可完全包围照明腔和成像腔的圆周；编织导管可由导电材料形成；编织导管可被连接至浮动接地或大地接地；医疗器械可包括天线，其被布置在细长构件内且沿信号传输装置的长度延伸；天线可被布置在成像腔内；天线的位置可与信号传输装置相邻近；天线可由导电材料形成且天线可以是电接地的；且天线可被连接至与编织导管相同的接地。

本发明的进一步的实施例涉及一种医疗器械。医疗器械可包括细长构件，其具有近端和远端，以及至少两个在其之间延伸的内腔。内腔中的至少一个可以是成像腔，其被配置为保持成像装置，且成像装置可被布置在成像腔内。至少一根电缆可沿纵向延伸通过成像腔。至少一根电缆的远端被可操作地耦合至成像装置且近端被可操作地耦合至处理器。处理器可位于成像腔的外部。至少一根电缆可在成像装置和处理器之间传输信号。医疗器械还可包括非导电介质，其被布置在成像腔内且包围电缆。

在各种实施例中，医疗器械可包括下列额外特征中的一个或多个：非导电介质为密度比水大的流体，且流体可在所述成像腔内密封；医疗器械可包括接地的编织导管，其被布置在细长构件内并包围成像腔的圆周；且医疗器械也可包括导电天线，其与电缆邻近且沿电缆的长度延伸。

本发明的另一个实施例涉及一种具有细长构件的医疗器械，其中细长构件具有近端和远端，以及在其之间延伸的成像腔。成像装置可被布置在成像腔内。至少一根电缆可被布置在成像腔内。至少一根电缆的远端被可操作地耦合成像装置且近端被可操作地耦合处理器。至少一根电缆可在成像装置和处理器之间传输信号。医疗器械还可包括导电天线，其沿位于成像腔内的至少一根电缆的长度延伸。医疗器械还可包括编织导管，其沿细长构件的长度延伸且被布置在细长构件的外壁和成像腔的外壁之间。编织导管可包围成像腔的圆周。编织导管和天线可被连接至电接地。

在各种实施例中，编织导管和天线可被配置成从电磁场吸引电流以提供至接地的低阻抗路径。

实施例的额外目的和优点将在下面的说明中部分地进行阐述且将部分地通过说明变得显而易见或可通过实施例的实践而获悉。本发明的目的和优点将通过在所附权利要求中特别指出的元素和组合而实现和获得。

要理解的是前面的一般说明以及下面的详细描述都只是示例性和解释性的，且不用于限制本发明，如所要求保护的一样。

并入本说明书并构成其一部分的附图与该说明书一起阐明本发明的实施例，从而用于解释本发明的原理。

附图说明

图1示出根据本发明的一个实施例的一种示例性医疗成像***；

图2示出图1中所示的示例性医疗成像***的内窥镜组件的纵向剖视图；

图3示出根据本发明的一个实施例的一种内窥镜的示例性横向剖视图；

图4示出根据本发明的一个实施例的一种内窥镜的另一种示例性横向剖视图；

图5A示出根据本发明的一个实施例的一种内窥镜的示例性横向剖视图；以及

图5B示出图5A中所示的内窥镜的电子电缆总成的立体图。

具体实施方式

现在将参考下面描述的且在附图中所示的示例性实施例。只要有可能的，将在所有附图中使用相同的参考数字以指代相同或相似的部分。

虽然本发明是参考用于特定应用的说明性实施例而进行描述的，但应理解的是本发明并不仅限于此。本领域的普通技术人员和了解本文所提供的教义的人员将认识到等同物的额外修改、应用、实施例和替换均落在本发明的范围之内。因此，本发明不得被认为是仅限于上面或下面的描述。

对于本领域的技术人员来说，根据本发明的参考附图的下列描述，本发明的其他特性、优点和潜在用途将变得显而易见。

图1示出一种示例性的医疗成像***10和相关的组件。该示例性的医疗成像***10可用于治疗、观察和/或诊断程序。术语“医疗成像***”的使用广义地包括可用在医疗程序中的所有组件和***。

医疗成像***10可包括内窥镜3，其被配置成***患者的体内。虽然本发明参考的是内窥镜，但是任何合适的导入护套均可使用，例如，导管、导向管、套针、输尿管镜、结肠镜、腹腔镜或任何合适的医疗器械。内窥镜3可通过任何合适的开口，例如，天然开口、手术切口或经皮开口而被***体内。在示例性实施例中，医疗成像***10还可包括控制单元6、被可操作地连接至控制单元6的显示器11以及被可操作地连接至控制单元6的内窥镜3。医疗成像***10可包括任何合适数量或种类的组件。组件可相互连接或可以仅被连接至控制单元6。这种连接可以是无线的或物理性的或这两者的组合。控制单元6可包括一个或多个装置，例如，光源7、成像电子装置9和流体源8。控制单元6可包括任何数量或组合的适当装置，包括但不限于数据存储器或处理、传感器或传感器的反馈处理、转向控制器和数据输入***。这些装置可一起设置在单个控制台中或可单独设置。

内窥镜3可以是电子内窥镜，其被配置成允许临床医生查看患者的内部体腔且可被配置用于***窄的和/或弯曲的体腔中。内窥镜3可以是一次性的单次使用的内窥镜或可以是可重复使用的。

内窥镜3包括近端、远端和在近端和远端之间延伸的细长构件4。出于本发明的目的，“近端”指在使用中较接近于装置操作者的一端，且“远端”指在使用中距离装置操作者较远的一端。

细长构件4从手柄部分2向远端延伸。内窥镜3可以是刚性的或柔性的或可同时具有柔性和刚性部分。细长构件4可由任何本领域的普通技术人员已知的任何合适的生物相容性材料所形成。这种材料可包括但不限于橡胶、硅、合成塑料、不锈钢、金属-聚合物复合材料以及镍、钛、铜、钴、钒、铬、铝、钽和铁的金属合金。在一个实施例中，形成细长构件4的材料可以是超弹性或形状记忆材料，如为镍钛合金的镍钛诺。细长构件4可具有任何横截面形状和/或配置，且可以是任何能被接收在内窥镜、导引或体腔中的尺寸。内窥镜3和/或细长构件4是方向可调的且可具有柔韧性或刚性不同的区域(例如，用于促进方向可调性)。

如在图2中所示，内窥镜3和/或细长构件4可包括一个或多个在近端和远端之间延伸的内腔。内窥镜3可包括，例如，工作腔34、照明腔35、成像腔36和灌注或抽吸腔31。内腔的数量、类型、大小、横截面形状和取向均可根据所使用的内窥镜的类型或所进行的手术类型而变化，且可使用任何合适的内腔配置。此外，内腔可被配置为用于接收各种类型的组件，下面将更详细地描述其实例。一个或多个内腔可被配置成可移动地接收各种组件，如医疗器具或传感器，而一些内腔则可被配置成永久地容纳某些组件。一些组件可被配置成延伸越过内窥镜3的远端，而其他组件则可保持被容纳在内腔的内部区域中。每个内腔可容纳一个装置或可容纳多个装置或不容纳装置。

工作腔34可被配置成接收一个或多个医疗器具以将医疗器具引导至在患者体内的工作位置。工作腔34可接收任何合适的医疗器具，例如，抓钳、镊子、剪刀、篮状物、切割装置、探针或传感器。医疗器具可以或可以不被配置成接收电流。一个或多个灌注腔31可被配置成将流体，如气体或液体从流体源8输送至邻近内窥镜3的远端区域的组织。在一些实施例中，灌注腔31可被配置成将流体从工作位置吸回至流体源8。

照明腔35和成像腔36可被连接至和/或被配置成接收合适的电气成像组件。例如，照明腔35可被配置成接收照明装置(未示出)以照亮邻近内窥镜3远端的组织。照明装置可按可操作的方式经例如，延伸通过照明腔35的光纤或纤维束(未示出)而被耦合至光源7，光源7可包括一个或多个发光二极管或电灯丝。在一些实施例中，纤维光缆或光管可延伸通过照明腔35且可连接至光源7。

成像装置32可被布置在成像腔36的远端区域。成像装置32可包括，例如，用于捕获静止或运动图像的照相机、镜头、数字成像芯片或其它图像接收装置，其可经电缆37传输模拟或数字格式的信号。在一个示例性实施例中，成像装置32可包括图像传感器，如CMOS成像传感器、CCD或其它固态装置以及一个或多个能够产生电子成像信号的透镜。一种示例性成像传感器可被配置成低光和/或低噪声水平。

一个或多个电子电缆37可以将一个或多个成像装置32可操作性地连接至近端成像电子装置9。电子电缆37可将成像信号从成像装置32传输至例如，处理器、存储器存储装置和/或显示器11。从成像装置32中继出的信号可直接将原始图像传输至显示器11或可先处理成像信号并随后显示成像信号。一个或多个显示器11可被结合至控制单元6或可与控制单元6相分离，例如，位于相同房间内的单独位置上或位于远离控制单元6和/或内窥镜3的位置上。显示器11可按无线方式或物理方式耦合至控制单元6。在一些实施例中，成像电子装置9也可经电缆37将控制信号传输至成像装置以控制各个方面的操作。例如，成像电子装置9可控制或调整移动、位置、光圈大小、快门速度、缩放或成像装置32的任何其他操作。成像电子装置9也可被耦合至光源7或照明腔35内的照明组件以控制提供给成像装置32的光量。

电缆37可由一个或多个导线38所组成，如图3所示。在一个实施例中，例如，导线38可以是大约30和50Gage(度量单位)之间的细规格导线。导线38可由任何合适的导电的生物相容材料，例如，金属、合金、聚合物、碳或其任何组合形成。在所示的示例性实施例中，导线38具有圆形横截面，然而，导线38也可具有任何合适的横截面形状，例如，矩形或椭圆形。导线38可被包含在绝缘物中以形成一根电缆。示例性的图示出一根具有4个以线性方式布置的导线38的电缆37，但也可使用任何合适数量的电缆或导线的配置。例如，可绞合或按同心或群集配置的方式布置导线38。

包围电缆37导线38的绝缘物可被配置成当内窥镜3被暴露于流体环境中时排除流体。例如，绝缘材料可完全包围每个导线38且可基本上填充位于相邻导线38之间的任何间隙。绝缘物可由任何合适的材料，例如，橡胶、硅树脂、聚氨酯、乙烯、四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷或任何其他非导电的生物相容材料形成。

如上面所讨论的，空中传播的EMI和/或导电耦合噪声可能影响电缆37，从而损坏从成像装置32传输至成像电子装置9的成像信号。为了减少因空中传播的EMI而导致的耦合，内窥镜3的细长构件4可包括编织或网状导管33。编织导管33可形成细长构件4的外层，或编织导管33可被容纳在细长构件4的外层30中，如图3所示。编织或网状导管33可由用于EMI屏蔽的合适的材料，例如不锈钢、铜或超弹性或形状记忆合金，如镍钛诺形成。编织导管33也可向细长构件4提供结构支持且可改善推动细长构件4通过体腔的转向和/或能力。

编织导管33可包围并包封电子电缆37以基本上实现电缆与周围环境的隔离，从而减少EM场的耦合效应。因此，编织导管33可完全环绕电子电缆37和/或包含在成像通道36上的电子组件且可沿细长构件4的长度延伸。编织导管33的材料、厚度、大小和位置可发生变化以调整从空中传播耦合中减少的噪声量。

编织导管33可被连接到接地的低阻抗路径，如图3所示。在一些实施例中，编织导管33可保持被连接至浮动的信号接地或大地接地。使编织导管33接地可通过减少杂散电流接触到患者的风险而增加患者的安全性。编织导管33可按具有成本效益的方式减少空中传播的EMI而不会大大增加组件的数量或对细长构件4的大小要求。

在一个实施例中，代替或除了编织导管33以外，可使用非导电介质以减少空中传播的EMI或导电耦合噪声。如图4中所示，非导电介质39可用于围绕、密封或填充在电缆37周围的区域。例如，成像腔36可含有围绕电缆37和/或成像单元32的一部分(图2中所示)的非导电介质39。非导电介质39可具有比周围流体更高的密度，如源自一个或多个灌注腔31的盐水或体液，如血液或尿液。虽然非导电介质39可减少噪声耦合，其较高的密度可减少导电流体与非导电介质相混合的可能性。可使用任何合适的液体或固体的非导电介质，如油或其他生物相容的介质以包围电缆37。如果使用流体的非导电介质39，则可使用密封件或其他组件以防止介质39泄露至患者体内或至内窥镜3的其他区域中。

在一个实施例中，可使用额外的组件，如天线以接收噪声，从而减少这种噪声耦合至电缆37的可能性。如上面所讨论的，连接内窥镜的远端和近端电子装置的电缆37可能特别易受损坏，这是因为电缆中的导线可充当长天线，从而从EM场吸引电噪声。在电缆37附近提供天线可使杂散电流改变方向并将EMI耦合至其自身而非耦合至电缆37的导线38上。

例如，如在图5A和5B中所示，天线40可位于电缆37附近且可沿电缆37的长度延伸。一个或多个天线40可在接近或紧邻一个或多个电缆37处延伸且可平行运行或包绕在一个或多个电缆37的周围。天线40可位于内窥镜3中的任何电气组件附近以使源自电气组件的导电耦合噪声或空中传播的EMI改变方向至天线40，从而减少信号损坏的可能性。天线40可由任何合适的导电的生物相容材料，例如，金属、合金、聚合物、碳或其任何组合形成。在所示的示例性实施例中，天线40具有圆形横截面，然而，天线40也可具有任何合适的横截面形状，例如，矩形或椭圆形且可采用任何合适的形状，例如，导电线或线包(wire wrap)。

天线40可进行接地以促进患者的安全性。如上所述，如果与编织导管33结合使用，天线40可被耦合至与编织导管33相同的接地。被耦合至盐水或体液的噪声可耦合至天线，其随后可提供至接地的低阻抗路径。因此，噪声可耦合至天线40而非电缆37。天线40可具有减小的直径以降低制造成本和/或减少在内窥镜内所需要的空间量。当单独使用或与编织导管33结合使用时，天线40可减少空中传播的EMI和导电耦合噪声，从而减少在潜在嘈杂的环境，如医疗成像***10中的成像信号的损坏。

虽然本发明的原理是参考用于特定应用的说明性实施例而进行描述的，但应理解的是本发明并不仅限于此。本领域的普通技术人员和了解本文所提供的教义的人员将认识到等同物的额外修改、应用、实施例和替换均落在本文所述的实施例的范围之内。因此，本权利要求不得被认为是仅限于上面的描述。

Claims (10)

1.一种医疗器械，其包括：

细长构件，其具有近端和远端，以及至少两个在该近端和远端之间延伸的内腔，其中所述内腔中的至少一个为成像腔；

与所述成像腔相关联的成像装置；

信号传输装置，其在所述成像腔内沿纵向延伸并具有被可操作地耦合至所述成像装置的远端；

处理器，其被可操作地耦合至所述信号传输装置的近端且被布置在所述成像腔近端的外部；以及

电磁干扰屏蔽导管，其被布置在所述细长构件内并沿其长度延伸且包围所述成像腔的一部分。

2.根据权利要求1所述的医疗器械，其中所述成像装置为照相机。

3.根据权利要求1所述的医疗器械，其中所述信号传输装置为电缆。

4.根据权利要求1所述的医疗器械，其中所述电磁干扰屏蔽导管完全包围所述成像腔的圆周。

5.根据权利要求1所述的医疗器械，其还包括与照明腔相关联的照明装置。

6.根据权利要求5所述的医疗器械，其中所述电磁干扰屏蔽导管完全包围所述照明腔和所述成像腔两者的圆周。

7.根据权利要求1所述的医疗器械，其中所述电磁干扰屏蔽导管是由导电材料形成的。

8.根据权利要求1所述的医疗器械，其中所述电磁干扰屏蔽导管被连接至浮动接地。

9.根据权利要求1所述的医疗器械，其还包括：

天线，其被布置在所述细长构件内且沿所述信号传输装置的长度延伸。

10.一种医疗器械，其包括：

细长构件，其具有近端和远端，以及在该近端和该远端之间延伸的成像腔；

与所述成像腔相关联的成像装置；

至少一根被布置在所述成像腔内的电缆，所述电缆具有远端和近端，该远端被可操作地耦合至所述成像装置，该近端被可操作地耦合至位于所述成像腔近端的近侧的处理器，

其中所述至少一根电缆被配置成在所述成像装置和所述处理器之间传输信号；

导电天线，其沿位于所述成像腔内的所述至少一根电缆的长度延伸；以及

电磁干扰屏蔽导管，其沿所述细长构件的长度延伸且被布置在所述细长构件的外壁和所述成像腔的外壁之间，其中所述编织导管包围所述成像腔的圆周。