ES2336774T3 - Endoscopio en miniatura con sistema de formacion de imagenes por fibra optica. - Google Patents
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Abstract
Un endoscopio que comprende una unidad de formación de imágenes (22) y un montaje de vaina retirable (24); comprendiendo la unidad de formación de imágenes (22): una sonda (29); una guía de ondas (26) con fibra óptica situada dentro de la sonda (29) dispuesta para transmitir una imagen desde su extremo distal hasta su extremo proximal; un dispositivo de formación de imágenes (30B) dispuesto para recibir una imagen procedente de la guía de ondas (26) con fibra óptica; y un sistema de lente (142) acoplado al extremo distal de la guía de ondas (26) con fibra óptica y un sistema óptico acoplado al extremo proximal de la guía de ondas (26) con fibra óptica; y comprendiendo el montaje de vaina (24): una vaina (34) que presenta una ventana (110) en su extremo distal y que presenta al menos una fibra óptica (108); estando el endoscopio caracterizado por: un mecanismo de montaje (36) situado en el extremo proximal de la vaina (34); y porque: la unidad de formación de imágenes (22) incluye una empuñadura (32) que está conectada a la guía de ondas (26) con fibra óptica; el dispositivo de formación de imágenes (30B) está situada dentro de la empuñadura (32); la vaina (34) tiene un canal de iluminación anular (106); hay una pluralidad de fibras ópticas (108) dispuestas en una formación anular dentro de canal de iluminación anular (106); el montaje de vaina (24) está fijado de manera retirable al extremo distal de la empuñadura (32) mediante el mecanismo de montaje (36) de forma que la vaina (34) se extiende sobre la sonda (29); y la vaina tiene un diámetro exterior de 1 a 4 mm.
Description
Endoscopio en miniatura con sistema de formación
de imágenes por fibra óptica.
Los endoscopios permiten el examen visual de la
estructura existente en el interior de las cavidades. En el campo
de la medicina, el uso de los endoscopios permite la inspección de
órganos con fines diagnósticos, la visualización de la zona
quirúrgica, la toma de muestras de tejido, o la fácil manipulación
sin riesgo de otros instrumentos quirúrgicos.
Los laparoscopios, por ejemplo, son utilizados
especialmente para el examen de los órganos del área abdominal. Los
laparoscopios típicamente incluyen un tubo de luz para iluminar la
zona que va a ser examinada, al menos un montaje de lente para
enfocar y reemitir la imagen del objeto iluminado, y una carcasa
para el entero conjunto que alberga para reducir al mínimo el daño
al tejido durante la intervención quirúrgica. El tubo de luz puede
incluir un elemento de fibra óptica para iluminar la zona. La
carcasa del laparoscopio incluye una sección distal que puede ser
insertada dentro de una cavidad del cuerpo y una sección proximal
que puede incluir una empuñadura que un usuario agarra para situar
el extremo distal cerca de la zona quirúrgica.
Los endoscopios existentes pueden incluir un
dispositivo de formación de imágenes, como por ejemplo un
dispositivo de acoplo de carga (CCD). Este dispositivo puede captar
una imagen de un objeto que está siendo examinado y transmitirla
hasta un dispositivo de representación, como por ejemplo un monitor.
Hay una necesidad continua de mejorar las características
distintivas operativas y la manufacturabilidad de los sistemas
endoscópicos que mejoren la capacidad de formación de imágenes y
reduzcan el riesgo para el paciente.
El documento
US-A-4,921,326 (D2) divulga una
sonda con fibra óptica dispuesta para su uso en la visualización de
imágenes a distancia, como por ejemplo imágenes in vivo en un
entorno biomédico o similares. La sonda incluye una envuelta
exterior tubular que presenta una fibra óptica con una sección
transversal con forma genérica de anillo en combinación con un
cable interior con fibra que se extiende coaxialmente por dentro de
la envuelta y que está definido por una matriz o haz coherente de
fibras ópticas. En una posición seleccionada separada de un extremo
de la punta de la sonda, el cable interior pasa a través de un
espacio libre existente en el anillo con fibra hasta el exterior de
la envuelta para separar y acoplar de forma relativamente cómoda el
anillo con fibra y el cable, respectivamente, a una fuente de luz y
a un aparato de monitorización de imágenes.
El documento WO99/35960 (D1) divulga un sistema
para la formación de imágenes de las vías respiratorias de las
personas durante el procedimiento de intubación el cual incorpora un
estilete maleable que mantiene su forma cuando se dobla, con el fin
de facilitar la intubación de un paciente. En una forma de
realización preferente, puede ser utilizado un estilete de metal
macizo, por ejemplo, un estilete endotraqueal convencional. El
dispositivo de visualización de intubación permite que un usuario
utilice técnicas convencionales para la inserción de un tubo
endotraqueal, reduciendo el adiestramiento necesario para el uso del
instrumento de visualización de intubación del paciente. Los
instrumentos de visualización de formación de imágenes incorporan
así mismo al menos una fibra de iluminación para transmitir la luz
hasta la punta distal de los instrumentos de visualización de
formación de imágenes del paciente, para la iluminación de los
objetos cuyas imágenes se van a formar. En particular, el documento
WO99/35960 divulga un endoscopio que presenta las características
distintivas del preámbulo de la reivindicación 1. La presente
invención se caracteriza por las características distintivas de la
parte caracterizadora de la reivindicación 1. Características
distintivas opcionales se exponen en las reivindicaciones
dependientes. No hay indicación en el documento D1 acerca de que el
diámetro de la vaina sea inferior a 3 mm.
La publicación de Roi (D3) no divulga o propone
el empleo de una vaina desechable separable. El término "vaina"
en el documento de Roi se refiere a una capa de material entre el
canal de observaciones y el canal de iluminación para evitar
"interferencias". El documento de Roi se refiere a un
endoscopio oftálmico y por tanto no indicaría al técnico en la
materia que sería útil proporcionar un componente desechable en un
dispositivo de pequeño diámetro.
La presente invención se refiere a una sonda o
endoscopio de formación de imágenes de pequeño diámetro que
presenta unas durabilidad, resolución, y campo de visión mejoradas.
El extremo distal de la sonda incluye una vaina desechable la cual
puede ser insertada en el tejido objeto de examen. La sonda tiene un
diámetro interior de 3 milímetros y, de modo preferente, inferior a
2 milímetros. Para reducir el traumatismo en el punto de inserción
y para proporcionar de esta forma acceso a zonas a las que, en otro
caso, no podría accederse mediante intervenciones endoscópicas.
El endoscopio tiene una guía de ondas con fibra
óptica que transmite una imagen desde un extremo distal hasta un
extremo proximal. Un sistema de lente está situado en el extremo
distal de la guía de ondas con fibra óptica. Un dispositivo de
formación de imágenes está ópticamente acoplado al extremo proximal
de la guía de ondas con fibra óptica. Una vaina se extiende
alrededor de la guía de ondas con fibra óptica, incluyendo la vaina
un canal de iluminación anular. Aunque una forma de realización
preferente utiliza un montaje de sonda y vaina con un diámetro
exterior de 2 mm o menos, determinadas aplicaciones adoptarán un
instrumento con un diámetro mayor con un número mayor de fibras de
formación de imágenes para proporcionar una imagen con una
resolución más alta. Estas aplicaciones pueden utilizar unos
diámetros exteriores del orden de 2 a 4 mm, de acuerdo con la
presente invención.
\global\parskip0.930000\baselineskip
En una forma de realización, el sistema de lente
tiene un primer elemento de lente, y un segundo elemento de lente y
un tope de abertura. El sistema de lente acopla la luz procedente de
cualquier posición determinada sobre el objeto hacia una pluralidad
de fibras ópticas, de manera que la apertura numérica de la luz
varía en función del ángulo relativo del eje longitudinal del
sistema de lente. Esto proporciona un acoplamiento más eficiente
con las aperturas de las fibras. Esto se lleva a cabo utilizando un
sistema de lente no telecéntrico.
Una forma de realización preferente del sistema
de lente incluye un par de lentes y un tope de apertura. Las lentes
están conformadas para mejorar la recogida de luz alrededor de la
periferia de la lente distal. Ello proporciona una imagen más clara
a lo largo del entero campo de visión del dispositivo. El tope de
apertura se sitúa para proporcionar un acoplamiento eficiente con
la formación de fibras.
El dispositivo de formación de imágenes puede
ser un dispositivo de acoplo de carga (CCD), un dispositivo de
formación de imágenes CMOS u otro sensor de formación de imágenes de
estado sólido que presente una matriz bidimensional de elementos de
píxeles. El sensor de formación de imágenes está montado sobre una
tarjeta de circuito dentro de un montaje de empuñadura. El sensor
puede captar una imagen como un objeto que está siendo visualizado
y un circuito de procesamiento de imágenes montado sobre la tarjeta
de circuito que transfiere los datos de imágenes a través de un
cable de vídeo hasta una computadora para su almacenaje,
procesamiento y/o representación.
El sistema de endoscopio en miniatura puede ser
utilizado, por ejemplo, para intervenciones ortopédicas,
reumatológicas, laparoscópicas generales, ginecológicas u
otorrinolaringológicas. Aunque muchas aplicaciones requieren un
pequeño diámetro para reducir el traumatismo, determinadas
aplicaciones pueden adaptar diámetros mayores. La sonda puede
incluir un canal abierto, ya sea dentro de la vaina o bien en la
sonda de formación de imágenes para permitir la inserción de otros
elementos operativos para limpiar las zonas con una descarga de
fluido, dirigir la luz u otra fuente de energía sobre la zona de
tratamiento, o retirar una muestra de tejido.
El montaje de vaina puede incluir una formación
concéntrica de fibras de iluminación que se extienda hasta un
conector situado sobre un montaje de boca de conexión de la vaina.
La carcasa puede incluir un registrador de disco de vídeo que
imprima el vídeo sobre el disco. Para ciertas aplicaciones, puede
situarse un haz de iluminación dentro de la sonda, de manera que la
vaina sea más delgada o pueda alojarse en un canal de trabajo
mayor.
La guía de ondas con fibra óptica puede
comprender una pluralidad de fibras ópticas de índice gradual que
tengan aperturas numéricas diferentes.
Los objetivos, características distintivas y
ventajas de la invención expuestos, y otros, se pondrán de
manifiesto a partir de la descripción más detallada subsecuente de
las formas de realización preferentes de la invención, tal y como
se ilustran en los dibujos, en los cuales los mismos números de
referencia se refieren a las mismas partes a lo largo de las
diferentes vistas. Los dibujos no son necesariamente a escala; por
el contrario, debe subrayarse su naturaleza ilustrativa de los
principios de la invención.
La Fig. 1 ilustra una representación esquemática
de un sistema de endoscopio en miniatura de acuerdo con la
invención;
la Fig. 2 es una vista en sección transversal de
una cánula;
la Fig. 3 es una vista en sección transversal de
un trocar dentro de una cánula;
la Fig. 4 es una vista en perspectiva del
endoscopio en miniatura;
la Fig. 5 es una vista en sección del endoscopio
en miniatura con una cánula superpuesta sobre la vaina
desechable;
la Fig. 6A es una vista en sección de la unidad
de vaina/iluminador desechable;
la Fig. 6B es una vista en sección de tamaño
ampliado del extremo distal sobre la vaina desechable;
la Fig. 7A es una vista en sección del extremo
proximal de la unidad de vaina/iluminación desechable, tomada a lo
largo de la línea 7A - 7A de la Fig. 6A;
la Fig. 7B es una vista frontal del extremo
distal de la vaina desechable tomada a lo largo de la línea 7B - 7B
de la Fig. 6A y de la Fig. 6B;
la Fig. 8 es una vista lateral de la unidad de
vaina/iluminación desechable que muestra el acoplamiento metálico
flexible de iluminación;
la Fig. 9 es una vista en sección de una unidad
de formación de imágenes del endoscopio en miniatura;
la Fig. 10A es una vista de tamaño ampliado del
extremo distal de la unidad de formación de imágenes tal y como se
indica mediante la porción definida 10A en la Fig. 9;
\global\parskip1.000000\baselineskip
la Fig. 10B es una vista frontal del extremo
distal de la unidad de formación de imágenes tomada a lo largo de
la línea 10B - 10B de la Fig. 10A;
la Fig. 11 es una vista esquemática de una vista
en sección parcial de tamaño ampliado de la unidad de formación de
imágenes tomada a lo lago de la línea 11 - 11 de la Fig. 10A;
la Fig. 12 es una vista de tamaño ampliado del
sistema de lente distal;
la Fig. 13 es un gráfico del seno del ángulo de
rayos máximo con respecto a la altura de la imagen normalizada para
sistemas de lente diferentes para el extremo distal del
endoscopio;
la Fig. 14 es una vista de tamaño ampliado de
otra forma de realización de un sistema de lente distal;
la Fig. 15 es una vista en sección de otra forma
de realización de un endoscopio;
la Fig. 16A es una vista en sección del
endoscopio tomada a lo largo de la línea 16A - 16A de la Fig.
15;
la Fig. 16B es una vista en sección del
endoscopio tomada a lo largo de la línea 16B - 16B de la Fig.
15;
la Fig. 16C es una vista en sección de tamaño
ampliado de la unidad de formación de imágenes tal y como se indica
mediante la porción definida por la referencia 10C en la Fig.
16B;
la Fig. 17 es una vista lateral de una unidad de
vaina/iluminador de dos partes desechable;
la Fig. 18 es una vista esquemática de una
unidad de control de una forma de realización preferente de la
invención; y
la Fig. 19 ilustra un procedimiento preferente
de empleo de la invención.
Una forma de realización de la invención se
ilustra en la Fig. 1 que muestra un endoscopio en miniatura 20. El
endoscopio 20 tiene una unidad de formación de imágenes 22 y una
unidad de vaina/iluminador 24. El endoscopio 20 tiene una vía de
transmisión de imágenes, como por ejemplo una pluralidad de fibras
ópticas 26, como se muestra de forma óptima en las fibras 146 de
las Figs. 11 y 12, dentro del tubo alargado 28 de una sonda distal
29 utilizada para visualizar los objetos que van a ser examinados.
Las fibras ópticas 26 están ópticamente acopladas a un dispositivo
de formación de imágenes 30, como por ejemplo un dispositivo de
acoplo de carga tal como el que se aprecia en la Fig. 9, u otro
sensor de panel plano pixelado, dentro de una empuñadura 32. Una
vaina desechable 34 de la unidad de vaina/iluminador 24 recubre el
tubo alargado 28 de la sonda distal 29, la cual contiene las fibras
ópticas 26. La vaina desechable 34 tiene en el extremo proximal una
base 35 con un mecanismo de montaje 36 para su fijación a la
empuñadura 32. En una forma de realización, la vaina desechable 34
de la unidad de vaina/iluminador 24 tiene una pluralidad de fibras
ópticas para transmitir luz hasta el extremo distal de la vaina
desechable 34 y hasta la sonda distal 29. El extremo proximal de la
unidad de vaina/iluminador 24 tiene una conexión 38 para conectar
una fuente de
luz 40.
luz 40.
La empuñadura 32 puede alojar una entrada de
energía 41, utilizada para suministrar energía al endoscopio 20. Se
prevé que la fuente de luz 40 y/o la fuente de potencia puedan estar
montadas dentro de la empuñadura 32.
La empuñadura 32 puede así mismo alojar una
salida de imagen 42. La salida de imagen 42 proporciona una conexión
entre un dispositivo de formación de imágenes situado en la unidad
de formación de imágenes 22 del endoscopio 20 y un dispositivo de
almacenaje electrónico y/o de representación. En una forma de
realización, el dispositivo de almacenaje es una computadora 44, la
cual está conectada a un monitor 46. Una unidad de control 250 se
describe con mayor detalle con respecto a la Fig. 19.
Como se expone con mayor detalle más adelante,
la unidad de imagen 22 no necesita ser esterilizada porque la
unidad de formación de imágenes 22 no está en contacto o no está en
exposición directa con el cuerpo. La unidad de vaina/iluminador 24
tiene la vaina desechable 34 que es un montaje de manguito 52 y es
soportado por la base 35 fijada a la unidad de formación de
imágenes 22 que recubre el tubo alargado 28 para crear una barrera
esterilizada. Así mismo, la unidad de vaina/iluminación 24 tiene una
cubierta esterilizada 52 la cual está montada sobre la base 35 de
la unidad de vaina/iluminador 24 y está situada para recubrir la
porción restante de la unidad de formación de imágenes 22 para
proporcionar un entorno estéril.
Endoscopios y endoscopios con vainas desechables
se describen en la Solicitud PCT PCT/US00/25107 depositada el 13 de
Septiembre de 2000 y en la Solicitud de Patente estadounidense
09/518,954 depositada el 6 de marzo de 2000.
Antes de analizar el endoscopio 20 con mayor
detalle, con el fin de utilizar el endoscopio 20, el endoscopio 20
necesita ser situado dentro del cuerpo para visualizar el
emplazamiento deseado. Un procedimiento en este sentido consiste en
insertar una cánula 60 dentro del cuerpo y enroscar el endoscopio 20
a través de la cánula 60. Un procedimiento de inserción de la
cánula 60 dentro del cuerpo y a continuación la inserción del
endoscopio 20 dentro de un cuerpo utilizando la cánula 60, se
describe a continuación.
Durante un procedimiento de inserción, una
cánula 60, como por ejemplo la que se aprecia en la Fig. 2 es
insertada dentro de una zona del cuerpo, la cánula 60 tiene una
base 62 y un tubo 64. El tubo 64 tiene un eje 66 que se extiende
desde el extremo distal 68 hasta un vacío 70 existente en la base
62. En una forma de realización, el tubo 64 está hecho de un
material flexible, como por ejemplo plástico, o de un acero
inoxidable de pared delgada. La cánula 60 presenta una conexión
Lüer para la inserción de medicamentos o fluidos o para su fijación
a un dispositivo de aspiración.
Para la inserción de la cánula 60 dentro del
cuerpo, un trocar 76, como se aprecia en la Fig. 3, es insertado
dentro de la cánula 60 con un eje rígido 78 del trocar 76 alojado
dentro del eje 66 de la cánula 60. El eje rígido 78 del trocar 76
se extiende ligeramente más allá del extremo distal del tubo 64 de
la cánula 60 y tiene un estilete 80 para cortar el tejido al
penetrar en el emplazamiento quirúrgico, en caso necesario. Una vez
que la cánula 60 está situada en la zona quirúrgica, el trocar 76 es
retirado de la cánula 60 y el endoscopio 20 es instalado. La cánula
60 es colocada sintiendo el usuario con las manos el emplazamiento
correcto.
Aunque la cánula 60 y el trocar 76 tienen un
coste relativo mínimo y puede ser reutilizados después de su
esterilización o ser desechados después de su empleo, debido a los
diversos componentes del endoscopio 20, como por ejemplo los
componentes de la unidad de formación de imágenes 22, no se desea
desechar el entero endoscopio 20. El endoscopio 20 utiliza un
manguito o vaina desechable 34 para contribuir al mantenimiento de
un entorno estéril y reducir o eliminar las exigencias de
esterilización antes de volver a utilizarlo.
Con el procedimiento de inserción del endoscopio
20 dentro de la cánula 60 para disponer el extremo distal 20 en el
emplazamiento adecuado, descrito con anterioridad, se describirá el
endoscopio 20 con mayor detalle. Con referencia a la Fig. 4, se
muestra una vista en perspectiva del endoscopio 20. El endoscopio 20
presenta la unidad de formación de imágenes reutilizable 22 y la
unidad de vaina/iluminador desechable 24. La unidad de
vaina/iluminador desechable 24 tiene un tubo alargado para recubrir
y rodear el tubo alargado 28 de la unidad de formación de imágenes
22. El tubo alargado de la unidad de vaina/iluminador 24 tiene un
extremo distal herméticamente cerrado 84 y varias formas de
realización incluyen fibras ópticas para la transmisión de la
iluminación desde una fuente externa de luz 40, como se aprecia en
la Fig. 1, hasta el extremo distal 84. En el extremo proximal de la
unidad de vaina/iluminador 24 se encuentra una base 35 con un
mecanismo de montaje 36 para su fijación a la unidad de formación
de imágenes 22 del endoscopio 20. Un acoplamiento metálico flexible
88 se proyecta desde la base 35 para su conexión a la fuente de luz
40. Así mismo, la unidad de vaina/iluminador 24 tiene un
recubrimiento 52 que está montado sobre la base 35 y que se extiende
sobre la empuñadura 32 de la unidad de formación de imágenes 22. La
empuñadura 32 de la unidad de formación de imágenes 22 contiene los
elementos ópticos y el dispositivo de formación de imágenes 32 para
recibir la imagen transmitida a través de las fibras ópticas 26
situadas dentro del tubo alargado 28 de la unidad de formación de
imágenes 22 de acuerdo con lo descrito con mayor detalle más
adelante con respecto a las Figs. 9 a 11.
La Fig. 5 es una vista en sección de un
endoscopio en miniatura 20 que incluye una unidad de formación de
imágenes reutilizable 22 con una fibra óptica 26 de formación de
imágenes y la unidad de vaina/iluminador desechable 24. La cánula
60 se muestra recubriendo la vaina desechable 34 de la unidad de
vaina/iluminador 24, la cual recubra la sonda 29 de la unidad de
formación de imágenes 22.
Como se aprecia en la Fig. 5, la unidad de
formación de imágenes reutilizable 22 del endoscopio 20 está rodeada
por la unidad de vaina/iluminador estéril desechable 24. La unidad
de vaina/iluminador desechable 24 presenta la vaina desechable 34
que está cerrada herméticamente en el extremo distal 84 y rodea y
circunda el tubo alargado 28 que incorpora las fibras ópticas 26 de
la unidad de formación de imágenes 22. El mecanismo de montaje 36
situado en la base 35 de la unidad de vaina/iluminador 24, está
fijado a un mecanismo de montaje 92 situado sobre la unidad de
formación de imágenes 22.
La unidad de vaina/iluminador desechable 24
incorpora el recubrimiento 52 que rodea la empuñadura de la unidad
de formación de imágenes 22. Así mismo, la unidad de
vaina/iluminador desechable 24 incorpora el acoplamiento metálico
flexible de iluminación que se conecta a una fuente de luz 40 como
se aprecia en la Fig. 1. El acoplamiento metálico flexible de
iluminación 88 está ópticamente acoplado a las fibras ópticas
existentes en la vaina de acuerdo con lo expuesto con mayor detalle
más adelante.
Con referencia a la Fig. 6A, se muestra una
vista lateral de la unidad de vaina/iluminador 24. La unidad de
vaina 24 incorpora la vaina desechable 34 con una vaina exterior
alargada 98 la cual se extiende desde la base 35 hasta el extremo
distal 84. El acoplamiento metálico flexible de iluminador 88 se
extiende desde la base y está ópticamente acoplado a las fibras de
iluminación situadas dentro de la vaina 34 como se aprecia en la
Fig. 7A. El recubrimiento 52 es sostenido por la base 35 de la
unidad de vaina/iluminador 24 para recubrir la empuñadura 35 de la
unidad de formación de imágenes 22 cuando las dos unidades 22 y 24
están combinadas.
La Fig. 6B es una vista de tamaño ampliado del
extremo distal 84 de la vaina desechable 34 de la unidad de
vaina/iluminador 24. La vaina desechable 34 incorpora la vaina
exterior 98 la cual se extiende desde el interior de la base 35,
como se aprecia en la Fig. 6A, y sirve como cubierta protectora y
como barrera estéril de la unidad de vaina 24. Separado y colineal
con la vaina interior 98 se encuentra un tubo interior 100 de la
vaina desechable 34. El tubo interior 100 define un vacío o espacio
cilíndrico 102 para recibir el tubo alargado 28 de la sonda 29 de
la unidad de formación de imágenes 22. El tubo interior 100 se
extiende así mismo desde el extremo distal 84 de la vaina
desechable 34 hasta la base 35 de la unidad de vaina/iluminador 22.
El tubo interior 100 se extiende más allá de la vaina exterior 98
para crear un canal 106 para recibir una pluralidad de fibras de
iluminación 108 como se aprecia de forma óptima en la Fig. 6A y en
la Fig. 7A. En el extremo distal del tubo 100 está situada una
ventana 110 que está fijada al tubo interior 100 para obtener una
barrera estéril 84 entre el espacio de aire 102 para recibir el tubo
alargado 28 de la unidad de imagen 22 y la porción exterior de la
vaina/iluminador 24 que está en contacto con el cuerpo.
En una forma de realización preferente, la vaina
exterior 98 de la vaina desechable 34 de la unidad de
vaina/iluminador 24 está hecha de un material de acero inoxidable y
tiene un diámetro interior de, modo aproximado, 0,096 cm. El tubo
interior 100 está también hecho de un material de acero inoxidable.
Las fibras de iluminación 108 están hechas de fibra de vidrio o de
plástico. Dependiendo del tamaño del dispositivo, se utiliza el
número máximo de fibras de iluminación 108 para llenar el canal
106. En un ejemplo, la vaina desechable 34 se extiende 5,70 cm
desde la base 35 de la unidad de vaina/iluminador 24.
Interpuesta entre la vaina exterior 98 y el tubo
interior se encuentra la pluralidad de fibras de iluminación 108
las cuales rodean el tubo interior 100 como se muestra de forma
óptima en la Fig. 7A y en la Fig. 7B. La Fig. 7A es una vista en
sección a través de la base 35 de la vaina desechable 24. La vaina
interior 98 se muestra en la mitad inferior de la Fig. 7A y termina
antes de la porción seccionada existente en la mitad superior de la
Fig. 7A. El tubo interior 100, sin embargo, que define el espacio de
aire 102 para recibir el tubo alargado 28 de la unidad de formación
de imágenes 22 se extiende hasta una cámara de recepción 114 como
se observa en la Fig. 6A y, por consiguiente, se muestra tanto en
las porciones superior como inferior de la Fig. 7A. La luz es
transmitida desde el acoplamiento metálico flexible de iluminación
88 a través de las fibras 108, como se aprecia en la Fig. 6A, hasta
una unidad de transmisión 118 como se aprecia en la mitad superior
de la Fig. 7A la cual se apoya en las fibras de iluminación 108
situadas entre la vaina exterior 98 y el tubo interior 100 de la
vaina desechable 34 de la unidad de vaina/iluminador 24.
La Fig. 7B muestra el extremo distal 84 de la
unidad de vaina/iluminación desechable 24. La ventana 110 cubre y
cierra herméticamente el espacio de aire 102 que recibe la unidad de
formación de imágenes 22 y está rodeada por el tubo interior 100.
Interpuesta entre la vaina exterior 98 y el tubo interior 100 se
encuentra la pluralidad de fibras de iluminación 108. En la forma
de realización mostrada, el extremo distal de las fibras de
iluminación 108 no están protegidas y están expuestas al cuerpo.
La Fig. 8 es similar a la Fig. 6A en el sentido
de que muestra la unidad de vaina/iluminación desechable 24. Así
mismo, la Fig. 8 muestra el entero acoplamiento metálico flexible
que está recortado en la Fig. 6A.
El acoplamiento metálico flexible de iluminación
88 tiene una conexión 38 para su conexión con un conector situado
sobre la fuente de luz 40. El acoplamiento metálico flexible de
iluminación 88 tiene una pluralidad de fibras ópticas que discurren
desde la conexión 38 hasta las fibras 108 las cuales transmiten la
luz recibida desde la fuente de luz 40 hasta la unidad de
transmisión 118 mostrada en la Fig. 7A y salen por el punto situado
en la referencia numeral 84.
Con referencia a la Fig. 9, en ella se muestra
una vista en sección de la unidad de formación de imágenes del
endoscopio 20. La unidad de formación de imágenes 22 incorpora la
sonda 29 con el tubo alargado 28 que se extiende desde la
empuñadura 32. En el extremo proximal de la empuñadura 32, está en
el dispositivo de formación de imágenes. En esta forma de
realización, un dispositivo de acoplo de carga (CCD) 30B, el cual
convierte la imagen óptica en una imagen eléctrica, es sostenido por
dentro de la carcasa separable 120A de la empuñadura 32.
Interpuesta entre la fibra o las fibras 26, las cuales se extienden
por dentro del tubo alargado 28 y del CCD 30B, se encuentra una
pluralidad de lentes 122A para la proyección de la imagen del
extremo proximal 124 de la fibra o fibras ópticas 26 sobre el CCD
30B. La ventana de vidrio 122B está fijada a la carcasa 120B y
proporciona un cierre estanco al dispositivo de visualización. Así
mismo, protege las lentes de la contaminación.
La unidad de formación de imágenes 22 aumenta la
imagen procedente del extremo de la fibra óptica 26 y la acopla al
dispositivo de acoplo de carga 30B. Como se indicó con anterioridad,
el dispositivo de acoplo de carga está acoplado al almacenaje
electrónico y/o de representación, como por ejemplo una computadora
44 la cual está conectado a un monitor 46 como se aprecia en la
Fig. 1.
La empuñadura 32 de la unidad de formación de
imágenes 22 tiene un mecanismo de montaje 128 para su acoplamiento
con los mecanismos de montaje 36 de la unidad de vaina/iluminador
24. El mecanismo de montaje 128 tiene unas ranuras 130 para recibir
unos pasadores situados sobre los mecanismos de montaje 36. Así
mismo, el mecanismo de montaje 128 tiene una protección 134, desde
la cual se proyecta la sonda 29, que se aloja en la cámara de
recepción 114 de la unidad de vaina/iluminador 24, como se aprecia
en la Fig. 6A.
En la Fig. 10A se muestra una vista de tamaño
ampliado del extremo distal de la unidad de formación de imágenes
22. La sonda 29 de la unidad de la unidad de formación de imágenes
22 incorpora el tubo alargado 28 que se extiende desde el extremo
distal 126 hasta la carcasa 120 de la empuñadura 32. En el extremo
distal 126 de la sonda 29 hay así mismo un tubo 138 que se extiende
hasta una pequeña distancia desde el extremo distal 126 y hasta
justo una ligera distancia más allá de los extremos de las fibras de
ópticas o de imagen 26. El tubo 138 es habitualmente designado como
el tubo largo en cuanto que un tubo de diámetro más corto y más
pequeño 140 el cual es colineal con el tubo largo 138, se aloja
dentro del tubo largo 138 y extiende un sistema de lente 142
situado en el extremo distal 126. El tubo alargado exterior 128, el
tubo largo 138 y el pequeño tubo 140 están montados de manera que
sus extremos distales estén nivelados y estén sujetos mediante un
adhesivo, como por ejemplo una resina epoxi de calidad médica. En
el extremo del tubo alargado 28 de la unidad de formación de
imágenes 22 se encuentra el sistema de lente 142 que se describe con
mayor detalle más adelante. El tubo alargado 28 de la unidad de
formación de imágenes 22 se aloja dentro de la unidad de
vaina/iluminación desechable 24 y, por consiguiente, no necesita
ser esterilizado antes de su primer uso.
La Fig. 10B es una vista desde un extremo del
extremo distal 126 de la unidad de formación de imágenes 22. Se
muestran y son colineales el sistema de lentes 142, el pequeño tubo
140, el tubo largo 138 y el tubo exterior o alargado 28.
Con referencia a la Fig. 11, en ella se muestra
una vista en sección de la unidad de formación de imágenes 22 del
endoscopio 20. La sonda 29 de la unidad de formación de imágenes 22
tiene una pluralidad de fibras 146 para la transmisión de la imagen
desde el extremo distal 126 de la sonda 29 hasta la empuñadura 32.
Rodeando la fibra 146 en el extremo distal de la sonda 29 se
encuentra el tubo largo 138 para mantener en posición las fibras
146 de las fibras de imagen 26. El tubo exterior o alargado 28 rodea
el tubo largo 138 y protege las fibras 146 de las fibras de imagen
26 desde su inicio cerca del extremo distal 126 de la sonda 29 hasta
el otro extremo dentro de la empuñadura 32. Hay típicamente miles
de fibras 146 como se muestra en la Fig. 11 que están fundidas
entre sí. La carga de la imagen dentro de ellas se lleva a cabo
mediante el sistema de lentes terminal distal 142 el cual, según se
describe más adelante, dispone los niveles de luz de la imagen en
una relación con respecto al emplazamiento del haz de fibras 26 de
la imagen.
Así mismo, las fibras están dispuestas en un
procedimiento de paquetes en desorden. El procedimiento de paquetes
en desorden limita la transmisión de imágenes/luz procedente de una
lente 142 a otra cuando el haz de fibras 26 de la imagen se
extiende desde cerca del extremo distal 126 de la unidad de
formación de imágenes 22 hacia el extremo proximal de las fibras
situadas dentro de la empuñadura 32. El empaquetado en desorden de
las fibras se consigue mediante la variación del barnizado de las
fibras, que es el área que va a ser examinada.
Con referencia a la Fig. 12, en ella se muestra
una vista en sección del extremo distal de la sonda 29 de la unidad
de formación de imágenes 22 dentro de la vaina desechable 34 de la
unidad de vaina/iluminación 24. La vaina desechable 34 presenta la
vaina exterior 98 situada en posición colineal con el tubo interior
100. Interpuesta entre la vaina exterior 98 y el tubo interior 100
se encuentra una pluralidad de fibras de iluminación 108 como se
muestra de forma óptima en la Fig. 7B, con fines de iluminación. En
el extremo distal de la vaina desechable se encuentra la ventana
que está fijada, como por ejemplo mediante cementado, para crear
una frontera con el espacio de aire o el canal interior 102 que
recibe la sonda 29 de la unidad de formación de imágenes 22. La
unidad de formación de imágenes 22 incorpora el tubo alargado o
exterior 28 que se extiende desde el extremo distal 126 hasta por
dentro de la empuñadura 32, como se muestra en la Fig. 9. Situados
en el extremo distal 126 de la sonda 29 se encuentran dos tubos o
manguitos adicionales, el manguito interior más corto, designado
como el pequeño tubo 140, que retiene y sujeta los elementos de
lente del sistema de lente distal 142. Un manguito más largo y más
ancho, designado como el tubo largo 138, rodea el tubo 140 y el
inicio de las fibras 146 de las fibras de imagen 26.
El sistema de lentes distal 142, como se muestra
en la Fig. 12, es un sistema de lentes acromáticas que incorpora un
par de lentes 150 y 152 y un tope de apertura 154. Las lentes 150 y
152 tienen cada una una superficie convexa 156 encaradas entre sí.
La segunda lente 152, más próxima al extremo distal 126, tiene una
superficie planar 158 que se apoya en el tope de apertura óptica
154. El tope de apertura 154 y las lentes 150 y 152 están diseñadas
para que el seno del ángulo de rayos máximo se aproxime a las fibras
en la N.A. (apertura numérica).
Los alineamientos 160 de los rayos de la Fig. 12
ilustran la proyección de una imagen fuera de la página hacia la
derecha en la longitud frontal apropiada y cómo esta imagen es
trasladada a través del tope de apertura 154 y a través de las
lentes 152 y 150 hasta la pluralidad de fibras 146 de las fibras de
imagen 26. El sistema de lentes es no telecéntrico.
Con referencia a la Fig. 13, en ella se muestra
un gráfico del seno del ángulo de rayos máximo con respecto a la
altura de la imagen normalizada para tres sistemas de lentes
diferentes que incluyen un sistema de lentes de la técnica
anterior. Como se expuso con anterioridad, el campo de visión
depende de la configuración de la lente. El gráfico de la Fig. 13
muestra una línea para el seno máximo de un ángulo de rayos para un
sistema de lentes de 50 grados y una segunda línea para un seno
máximo de un ángulo de rayos de un sistema de lentes de 70 grados.
En el sistema de 70 grados, el seno máximo es de aproximadamente
0,32. Por consiguiente, la N.A. (apertura numérica) de la fibra es
aproximadamente la misma. Por el contrario, el campo de 50 grados
del sistema de visión tiene un seno de un ángulo de rayos máximo de
aproximadamente 0,25. Por consiguiente, las fibras tienen esta
apertura numérica. El sistema tiende a proporcionar un campo de
visión en cualquier nivel seleccionado de 30 a 80 grados, por
ejemplo.
En una forma de realización, el endoscopio 20,
tiene 10.000 elementos de fibra. En esta forma de realización cada
elemento de fibra 146 tiene un diámetro de 4,4 micrómetros. El
diámetro total de la fibra 26 es de 0,46 mm. El tubo alargado
exterior 28 de la unidad de formación de imágenes está hecho de
acero inoxidable. Se prevé que el instrumento de visualización
pueda estar hecho de varios tamaños, la tabla subsecuente es
simplemente una ilustración de diversos tamaños de instrumentos de
visualización implicados.
Como se desprende de la tabla anterior, una
alternativa a una lente acromática descrita con anterioridad con
respecto a la Fig. 12 y a la Fig. 13, es una lente selfoc grin. La
Fig. 14 muestra una forma de realización alternativa de la sonda 29
de la unidad de formación de imágenes 22 del endoscopio 20 con una
lente grin 168. La lente grin 168 tal y como se muestra en la Fig.
14 es una lente con índice gradiente de un solo elemento. La sonda
29 de la unidad de imagen 22, como se muestra en la Fig. 14, tiene
un tubo exterior o alargado 28 que se extiende desde el extremo
distal 126 hasta la empuñadura 32, no mostrada en la Fig. 14. Así
mismo, similar al de la Fig. 10A, un tubo 138 se extiende hasta una
pequeña distancia desde el extremo distal 126. Este tubo 138 se
designa habitualmente como el tubo largo, se extiende justo
ligeramente por debajo de los extremos de las fibras de imagen
ópticas 26. Y ello frente a la forma de realización mostrada en la
Fig. 10A en el sentido de que la lente 170 es una lente única y no
se necesita un pequeño tubo 140 para retener los elementos de un
sistema de lentes.
La lente grin 168 en general no proporciona una
calidad de imagen tan buena como la del sistema de lentes
acromáticas 142 descrito con anterioridad en el sentido de que la
imagen resulta menos clara (esto es, borrosa y distorsionada) hacia
el borde de la imagen. Así mismo, la corrección del color, los
cambios en la intensidad como función de la longitud de onda, no es
tan satisfactoria como en el sistema de lentes acromáticas. Sin
embargo, el sistema de lente GRIN 168 puede ser deseable en
situaciones en las que el coste sea un factor de mayor importancia
que el de la calidad de la imagen global. Así mismo, debido a que la
lente grin 170 es una lente con un solo elemento, la profundidad de
los campos puede ser limitada. Aunque solo se muestran 2 grados
diferentes de libertad, se prevé que puedan realizarse sistemas de
lente con otros campos de visión.
La Fig. 15 es una vista en sección del
endoscopio alternativo 170. En esta forma de realización del
endoscopio 170, el acoplamiento metálico flexible iluminador 172 es
una parte de la empuñadura 174 de la unidad de formación de
imágenes 176 y, por consiguiente, no es parte de una unidad de
vaina/iluminador desechable 178. Un haz de fibras ópticas 180 es
utilizado para transmitir la luz de iluminación desde el
acoplamiento metálico flexible 172 hasta una superficie de contacto
182 de la empuñadura existente en la empuñadura 184 donde la luz es
transferida hacia una superficie de contacto 184 de la luz situada
sobre la unidad de vaina/iluminador 178 para transmitir la luz
desde la empuñadura 184 hasta la vaina desechable 186.
La Fig. 16A es una vista en sección que muestra
la superficie de contacto. La Fig. 16A es una vista en sección de
la base 188 de la unidad de vaina/iluminador desechable 178. La
porción superior de la Fig. 16A muestra el recubrimiento 52
separado de la base 188. La base 188 tiene una superficie de
contacto 184 de la luz que recibe la luz desde la superficie de
contacto 182 de la empuñadura sostenida sobre la empuñadura 174.
Además de la forma de realización del endoscopio
170 mostrada en las Figs. 16A a 16C, la unidad de vaina/iluminador
178 tiene una de las fibras de iluminación 190 sustituidas por un
tubo o canal 192. El tubo 192 que se aprecia en las Figs. 15 y 16A
a 16C es capaz de recibir una fibra láser. El usuario pasa una fibra
láser a través del tubo 190 desde el extremo proximal de la unidad
de iluminación 178 existente en la base 188, como se aprecia en la
Fig. 15, hasta el extremo distal de la unidad de iluminación para
que el usuario, mientras observa la imagen a través de las fibras
de formación de imágenes y del CCD, pueda completar un proceso
utilizando la fibra láser.
La mitad inferior de la Fig. 16A muestra una
vista en sección transversal a través de la base 188 de la unidad
de vaina/iluminador 178 que muestra el tubo 192 extendiéndose a
través de la base por el interior del anillo que contiene las
fibras de iluminación 190. Similar a la mostrada en la Fig. 7A, la
Fig 6A muestra un tubo interior 194 alrededor del cual están
situadas las fibras de iluminación 190. El tubo interior 194 define
un espacio de aire a través del cual pasa la sonda 29 de la unidad
de formación de imágenes 176 del endoscopio 170.
La Fig. 16B es una vista en sección de la vaina
desechable 186 que muestra un tubo exterior 196 de la vaina
desechable 186 y que rodea las fibras de iluminación 190 y un
hipotubo de señales 192. El tubo interior 194 rodea el espacio de
aire 102 el cual recibe la sonda 29 de la unidad de formación de
imágenes 176. La Fig. 16C es una vista de tamaño ampliado que
muestra el hipertubo 192 que está abierto para recibir la fibra
láser dentro del rayo anular que contiene las fibras de iluminación
190 entre el tubo interior 194 y la vaina exterior 196.
Aunque las Figs. 15 - 16C no muestran una cánula
60 se prevé en la mayoría de los usos del endoscopio 20 o 170, que
puede utilizarse una cánula 60 como protección adicional del
endoscopio 20 o 170.
Con referencia a la Fig. 17, en ella se muestra
una unidad de vaina/iluminador desechable 230 de dos piezas. El
endoscopio presenta una primera unidad 232 de la unidad de
vaina/iluminación desechable 230 de dos piezas, un montaje y una
unidad de cubierta 232, que está montada sobre la empuñadura 32 de
la unidad de formación de imágenes 22. El montaje y la unidad de
cubierta 232 tienen un recubrimiento 52 que se extiende sobre la
empuñadura 32 de la unidad de formación de imágenes 22 y del
acoplamiento metálico flexible de iluminación 88 cuando se utilice.
El recubrimiento 52 queda retenido sobre un manguito desechable 234
para mantener el recubrimiento 52 hasta que quede situado sobre la
empuñadura 32. La segunda unidad 236 de la unidad de
vaina/iluminación desechable 230, una vaina desechable 236, contiene
el tubo alargado que cubre la sonda 29. Esta segunda unidad 236
tiene un mecanismo de montaje 238 para su fijación a la primera
unidad 232. Por consiguiente, es posible retirar la vaina
desechable, la segunda unidad 236 y sustituirla por una nueva
manteniendo al tiempo el recubrimiento 52 que está montado sobre la
unidad de montaje y cubierta 232 sobre la empuñadura.
La Fig. 18 es una vista esquemática de una
unidad de control 250 para el endoscopio. La unidad de control 250
tiene una salida de fuente de energía 252, una entrada 254 para la
imagen procedente del CCD y una fuente de luz 256. Además de la
unidad de procesamiento 260 para procesar los datos de imagen, la
unidad tiene un dispositivo de registro 258, como por ejemplo un
impresor de CDs para crear un medio almacenable para retener datos,
como por ejemplo una línea de base para el paciente.
El endoscopio se utiliza tal como se muestra en
términos generales en la secuencia 270 del proceso de la Fig. 19.
El paciente llega a la consulta del usuario/médico. El médico o
técnico utiliza una técnica de doble guante en la que dos guantes
esterilizados son situados en cada una de las manos del médico. El
médico toma la unidad de empuñadura/iluminador que no está
esterilizada en una mano y sujeta la unidad de vaina/iluminador
esterilizada con la otra mano. El médico a continuación toma el
cable de iluminación y fija el cable de iluminación al acoplamiento
metálico flexible situado sobre la unidad de vaina/iluminador
desechable. La salida de energía e imagen son así mismo conectadas
a la unidad de control. Con el endoscopio conectado a la unidad de
control, la porción de recubrimiento del montaje de vaina se
extiende 272 sobre la empuñadura y hacia debajo de los cables hasta
una longitud tal que proporcione un campo estéril. Cuando esto se ha
completado, el médico se quita el primer par de guantes y está
listo para iniciar la intervención.
Después de desinfectar la zona, la cánula con el
trocar es insertado dentro del cuerpo mediante una técnica estándar
de inserción de sondas con la mano del médico. Una vez que la cánula
está en posición, el trocar es retirado 274 y la punta del
endoscopio es colocada dentro de la cánula. El endoscopio es fijado
a la cánula utilizando un tornillo u otro medio de sujeción. El
sistema es accionado 276 y se inicia un registro de vídeo para que
el médico sea capaz de desplazar la cánula dentro y fuera y
alrededor de la posición de la sonda para visualizar la zona
deseada o un monitor. El médico puede llevar a cabo la intervención
278 en la zona utilizando otros instrumentos como por ejemplo un
bisturí de láser o un instrumento de cauterización, o un
instrumento electroquirúrgico y/o el canal operativo del montaje de
sonda o vaina. El entero procedimiento de examen o quirúrgico puede
ser registrado 280 en un disco de vídeo o en otro dispositivo de
memoria. El procedimiento se concluye y el montaje de vaina puede
ser desechado 282 y otro montaje de vaina estéril puede fijarse 284
a la sonda para efectuar otro procedimiento.
Las reivindicaciones no deben considerarse como
limitadas al orden o a los elementos descritos a menos que así se
declare.
Claims (7)
1. Un endoscopio que comprende una unidad de
formación de imágenes (22) y un montaje de vaina retirable (24);
comprendiendo la unidad de formación de imágenes (22):
- \quad
- una sonda (29);
- \quad
- una guía de ondas (26) con fibra óptica situada dentro de la sonda (29) dispuesta para transmitir una imagen desde su extremo distal hasta su extremo proximal;
- \quad
- un dispositivo de formación de imágenes (30B) dispuesto para recibir una imagen procedente de la guía de ondas (26) con fibra óptica; y
- \quad
- un sistema de lente (142) acoplado al extremo distal de la guía de ondas (26) con fibra óptica y un sistema óptico acoplado al extremo proximal de la guía de ondas (26) con fibra óptica; y comprendiendo el montaje de vaina (24):
- \quad
- una vaina (34) que presenta una ventana (110) en su extremo distal y que presenta al menos una fibra óptica (108); estando el endoscopio caracterizado por:
- \quad
- un mecanismo de montaje (36) situado en el extremo proximal de la vaina (34); y porque:
- \quad
- la unidad de formación de imágenes (22) incluye una empuñadura (32) que está conectada a la guía de ondas (26) con fibra óptica;
- \quad
- el dispositivo de formación de imágenes (30B) está situada dentro de la empuñadura (32);
- \quad
- la vaina (34) tiene un canal de iluminación anular (106);
- \quad
- hay una pluralidad de fibras ópticas (108) dispuestas en una formación anular dentro de canal de iluminación anular (106);
- \quad
- el montaje de vaina (24) está fijado de manera retirable al extremo distal de la empuñadura (32) mediante el mecanismo de montaje (36) de forma que la vaina (34) se extiende sobre la sonda (29); y
- \quad
- la vaina tiene un diámetro exterior de 1 a 4 mm.
2. El endoscopio de la reivindicación 2, en el
que el sistema de lente (142) comprende un primer elemento de lente
(150), un segundo elemento de lente (152) y un tope (154) de la
apertura.
3. En endoscopio de la reivindicación 1, en el
que el sistema de lente (142) acopla la luz en cualquier posición
sobre la superficie distal del sistema de lente a una pluralidad de
fibras ópticas (146) situadas en la guía de ondas (26) de manera
que la apertura numérica de la luz que entra en cada fibra desde una
posición varía en función del ángulo.
4. El endoscopio de la reivindicación 1, en el
que la guía de ondas (26) con fibra óptica comprende una pluralidad
de fibras ópticas con gradiente de índice que presentan diferentes
aperturas numéricas.
5. En endoscopio de la reivindicación 1 que
comprende así mismo una unidad de control que tiene una entrada que
conecta con un cable eléctrico desde el dispositivo de formación de
imágenes, una fuente de luz (256), un procesador de imagen (260) y
una memoria.
6. El endoscopio de la reivindicación 1 en el
que la unidad de control incorpora un dispositivo de registro
(258).
7. El endoscopio de la reivindicación 1 que
comprende así mismo una boca de conexión (128) que conecta el
mecanismo de montaje sobre la vaina, incluyendo así mismo la vaina
un manguito que proporciona una barrera estéril que se extiende
alrededor de la empuñadura, pudiendo el endoscopio ser conectado a
una cánula que presenta una conexión Lüer y un trocar
retirable.
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