【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于医疗成像的系统和方法
交叉引用
[0001]本申请要求2019年8月21日提交的美国临时专利申请第62/889,863号、2019年12月26日提交的美国临时专利申请第62/953,724号和2020年1月14日提交的美国临时专利申请第62/960,897号的权益，出于所有目的，这些专利申请中的每一个都通过引用完全并入本文。
技术介绍
[0002]医疗成像技术(例如，一种诸如内窥镜的观测镜组件)可用于在医疗或外科手术过程中捕获对象或患者的内部解剖特征或特征的图像或视频数据。所捕获的图像或视频数据可被处理和操控以向医疗从业者(例如，外科医生、医疗操作员、技术员等)提供对患者或对象的内部结构或内部处理的可视化。
[0003]由内窥镜所捕获的内部解剖特征或特征的图像或视频数据可能受到限制，从而经常无法提供组织表面下复杂的解剖结构或关键结构。图像数据或视频数据可以限于组织表面的二维(2D)表示。因此，可能会对目标部位做出不完整或不正确的分析，这样是危险的，可能会在手术过程中导致意外的组织损伤。在一些情况下，至少2％的子宫切除术可能会导致手术并发症和意外伤害，这可能导致美国每年至少10亿美元的医疗保健费用。
技术实现思路
[0004]本申请总体上涉及内窥镜装置，并且更具体地，涉及一种具有包括多个传感器的铰接式传感器头的内窥镜装置。该铰接式传感器头可以为医疗操作员提供使用多个传感器或相机对目标区域进行成像的能力，同时最小化将铰接式传感器头插入手术对象身体种所需的开口大小。多个传感器可以被配置为在单个平面上或在多...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种观测镜组件，包括：壳体单元，所述壳体单元被配置为封闭一细长观测镜的至少一部分，其中所述壳体单元可释放地耦合到所述细长观测镜的所述至少一部分；以及成像单元，所述成像单元可操作地耦合到所述壳体单元的远侧端部，其中所述成像单元包括光学组件，所述光学组件被配置为引导一个或多个光束，所述一个或多个光束传输通过所述细长观测镜到对象身体上或对象身体内的目标部位上，其中所述成像单元能够经由相对于所述壳体单元的旋转运动或平移运动来移动以改变视野。2.根据权利要求1所述的观测镜组件，其中所述光学组件被配置为经由相对于所述一个或多个光束的光学路径的旋转运动或平移运动来移动。3.根据权利要求1所述的观测镜组件，其中所述光学组件还被配置为当所述一个或多个光束传输通过所述细长观测镜时，相对于所述一个或多个光束的光学路径移动。4.根据权利要求3所述的观测镜组件，其中所述光学组件是可移动的，以将所述一个或多个光束引导到所述对象身体内的不同目标部位。5.根据权利要求3所述的观测镜组件，其中所述光学组件被配置为当所述成像单元被取向成基本上平行于所述细长观测镜的长度时移出所述光学路径，从而允许所述一个或多个光束在不被所述光学组件中断的情况下行进通过所述成像单元并且朝向所述对象身体。6.根据权利要求1所述的观测镜组件，其中所述光学组件被配置为相对于所述成像单元的位置、取向或移动来移动。7.根据权利要求1所述的观测镜组件，其中所述光学组件被配置为独立于所述成像单元的位置、取向或移动而移动。8.根据权利要求1所述的观测镜组件，其中所述光学组件包括一个或多个反射镜。9.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，还包括处理器，所述处理器可操作地耦合到所述光学组件，其中所述处理器被配置为引导所述光学组件的移动。10.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述成像单元包括相机或深度传感器。11.一种观测镜组件，包括：壳体单元，所述壳体单元被配置为封闭一细长观测镜的至少一部分，其中所述壳体单元可释放地耦合到所述细长观测镜的所述至少一部分；以及成像单元，所述成像单元可操作地耦合到所述壳体单元的远侧端部，其中所述成像单元包括在所述成像单元的不同侧面上的相机和深度传感器，使得所述相机和所述深度传感器具有不同的光学轴线，其中所述成像单元被配置为相对于所述壳体单元移动，以改变所述相机或所述深度传感器的视野。12.根据权利要求11所述的观测镜组件，其中当所述成像单元相对于所述壳体单元处于第一配置时，所述相机的光学轴线基本上平行于所述细长观测镜的长度取向。13.根据权利要求12所述的观测镜组件，其中当所述成像单元相对于所述壳体单元处于第二配置时，所述深度传感器的光学轴线基本上平行于所述细长观测镜的所述长度取向。
14.根据权利要求13所述的观测镜组件，其中当所述成像单元处于所述第二配置时，所述细长观测镜的远侧端部通过所述成像单元的至少一部分光学暴露，使得所述细长观测镜的所述远侧端部与对象身体内的目标部位光学通信。15.根据权利要求14所述的观测镜组件，其中所述成像单元的所述至少一部分包括(i)开口或(ii)光学透明或半透明窗口。16.根据权利要求13所述的观测镜组件，其中所述成像单元被配置为在与所述细长观测镜的远侧端部接触时以所述第二配置展开。17.根据权利要求16所述的观测镜组件，其中所述成像单元还包括弹簧机构，所述弹簧机构被配置为以所述第二配置展开所述成像单元。18.根据权利要求12至17中任一项所述的观测镜组件，其中所述第一配置是所述成像单元的非铰接配置，并且所述第二配置是所述成像单元的多个铰接配置中的一个。19.根据权利要求11至18中任一项所述的观测镜组件，其中所述深度传感器的光学轴线和所述相机的光学轴线彼此不平行。20.根据权利要求19所述的观测镜组件，其中所述深度传感器的所述光学轴线基本上正交于所述相机的所述光学轴线。21.一种观测镜组件，包括：细长观测镜；以及成像单元，所述成像单元附接到所述细长观测镜的远侧端部，其中所述成像单元包括相机和单独的深度传感器，其中所述成像单元能够经由相对于所述细长观测镜的旋转运动或平移运动来移动以改变所述相机或所述深度传感器的视野。22.根据权利要求21所述的观测镜组件，其中所述相机包括第一透镜，并且其中所述深度传感器包括不同于所述第一透镜的两个或更多个透镜。23.根据权利要求21所述的观测镜组件，其中所述相机和所述深度传感器位于所述成像单元的不同侧面上，使得所述相机和所述深度传感器具有正交的光学轴线。24.根据权利要求23所述的观测镜组件，其中当所述成像单元相对于所述细长观测镜处于第一配置时，所述相机的光学轴线基本上平行于所述细长观测镜的长度取向。25.根据权利要求24所述的观测镜组件，其中当所述成像单元相对于所述细长观测镜处于第二配置时，所述深度传感器的光学轴线基本上平行于所述细长观测镜的所述长度取向。26.根据权利要求25所述的观测镜组件，其中当所述成像单元处于所述第二配置时，所述细长观测镜的远侧端部通过所述成像单元的至少一部分光学暴露，使得所述细长观测镜的所述远侧端部与对象身体内的目标部位光学通信。27.根据权利要求24至26中任一项所述的观测镜组件，其中所述第一配置是所述成像单元的非铰接配置，并且所述第二配置是所述成像单元的多个铰接配置中的一个。28.一种观测镜组件，包括：细长观测镜；成像单元，所述成像单元可操作地耦合到所述细长观测镜的远侧端部，其中所述成像单元被配置为(1)相对于所述细长观测镜移动，以及(2)从多个视角获得目标部位的多个成
像数据；一个或多个运动传感器，所述一个或多个运动传感器可操作地耦合到所述成像单元，其中一个或多个运动传感器被配置为当所述成像单元相对于所述细长观测镜移动时提供所述成像单元的空间信息；以及处理器，所述处理器可操作地耦合到所述成像单元和一个或多个传感器，其中所述处理器被配置为基于所述多个成像数据和所述空间信息生成所述目标部位的三维(3D)重建。29.根据权利要求28所述的观测镜组件，其中所述一个或多个运动传感器包括惯性测量单元(IMU)。30.根据权利要求28所述的观测镜组件，其中所述一个或多个运动传感器还被配置为提供所述成像单元的时空信息。31.根据权利要求28所述的观测镜组件，其中所述成像单元被配置为经由一个或多个接合机构相对于所述细长观测镜移动，并且其中所述一个或多个运动传感器可操作地耦合到所述一个或多个接合机构。32.根据权利要求31所述的观测镜组件，其中所述成像单元包括多个接合机构，并且其中所述多个接合机构中的单个接合机构包括至少一个运动传感器。33.一种观测镜组件，包括：光学适配器，所述光学适配器包括：壳体，所述壳体包括：第一端，其被配置为可释放地耦合到一细长观测镜，以及第二端，其被配置为可释放地耦合到相机；深度传感器，所述深度传感器耦合到所述壳体；以及光学单元，所述光学单元设置在所述壳体中，其中所述光学单元被配置为(1)接收从对象身体内的目标部位反射并且传输通过所述细长观测镜的光信号，以及(2)将所述光信号的第一部分反射到所述深度传感器或所述相机中的一者上，同时准许所述光信号的第二部分穿过到所述深度传感器或所述相机中的另一者。34.根据权利要求33所述的观测镜组件，其中所述图像传感器永久地耦合到所述壳体或可释放地耦合到所述壳体。35.根据权利要求33所述的观测镜组件，其中所述光学单元被配置为将所述光信号的所述第一部分反射到所述深度传感器上，同时准许所述光信号的所述第二部分穿过到所述相机。36.根据权利要求35所述的观测镜组件，其中所述光学单元包括短通分色镜。37.根据权利要求33所述的观测镜组件，其中所述光学单元被配置为将所述光信号的所述第一部分反射到所述相机上，同时准许所述光信号的所述第二部分穿过到所述深度传感器。38.根据权利要求37所述的观测镜组件，其中所述光学单元包括长通分色镜。39.根据权利要求33所述的观测镜组件，其中由所述光学单元引导到所述深度传感器的所述光信号的所述第一部分或所述第二部分中的一者包括反射光，所述反射光是在用包括相干激光的一个或多个光束照射所述目标部位时生成的。40.根据权利要求39所述的观测镜组件，其中由所述光学单元引导到所述深度传感器的所述光信号的所述第一部分或所述第二部分中的另一者包括反射光，所述反射光是在用
包括白光的一个或多个光束照射所述目标部位时生成的。41.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述成像单元被配置为可释放地耦合到所述壳体单元。42.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述壳体单元或所述成像单元是一次性的，并且被配置为在医疗成像程序中一次性使用。43.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述壳体单元或所述成像单元被配置为可重复用于多个医疗成像程序。44.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述观测镜组件是被消毒的。45.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述成像单元的至少一部分包括(i)开口或(ii)光学透明或半透明窗口，从而允许所述一个或多个光束的至少一部分被引导通过所述成像单元的所述至少一部分。46.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述成像单元包括端部部分和侧面部分。47.根据权利要求46所述的观测镜组件，其中(i)所述相机安装在所述成像单元的所述端部部分上，并且(ii)所述深度传感器安装在所述成像单元的所述侧面部分上。48.根据权利要求46所述的观测镜组件，其中(i)所述相机安装在所述成像单元的所述侧面部分上，并且(ii)所述深度传感器安装在所述成像单元的所述端部部分上。49.根据权利要求46所述的观测镜组件，其中所述成像单元的所述侧面部分和所述端部部分不位于同一平面上。50.根据权利要求46所述的观测镜组件，其中所述成像单元的所述侧面部分和所述端部部分彼此不平行。51.根据权利要求46所述的观测镜组件，其中所述成像单元的所述侧面部分和所述端部部分基本上彼此正交。52.根据权利要求46所述的观测镜组件，其中所述成像单元的所述端部部分与所述细长观测镜的纵向轴线对准。53.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述深度传感器被配置为接收第一光信号，所述第一光信号在暴露于传输通过所述细长观测镜的一个或多个光束的至少一部分时从目标部位反射。54.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述深度传感器是立体相机。55.根据权利要求54所述的观测镜组件，其中所述立体相机包括邻近第二透镜的第一透镜，其中所述第一透镜和所述第二透镜分离一段距离，其中所述距离指示所述立体相机的可测量深度。56.根据权利要求55所述的观测镜组件，其中所述距离最多为10毫米。57.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述深度传感器是飞行时间(ToF)传感器。58.根据权利要求57所述的观测镜组件，其中所述ToF传感器使用外差干涉测量法。59.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述相机被配置为接收第二光信号，所述第二光信号在暴露于传输通过所述细长观测镜的一个或多个光束的至少一部分时从目标部位反射。
60.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述相机是RGB相机。61.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述深度传感器被配置为生成第一组成像数据，所述第一组成像数据包括包含深度信息的照片或视频图像。62.根据权利要求61所述的观测镜组件，其中所述第一组成像数据包括所述目标部位的深度图。63.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述相机被配置为生成包括二维(2D)照片或视频图像的第二组成像数据。64.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述成像单元被配置为相对于所述壳体或所述细长观测镜以约0度至约360度范围内的角度移动。65.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述成像单元经由一个或多个接合机构可操作地耦合到所述壳体单元或所述细长观测镜，所述一个或多个接合机构被配置为准许所述成像单元在一个或多个自由度上移动。66.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述一个或多个接合机构被配置为准许所述成像单元在三个或更多个自由度上移动。67.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述一个或多个接合机构被配置为准许所述成像单元在六个自由度上移动。68.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述一个或多个接合机构包括选自由以下组成的组中的枢轴接合机构：枢轴接合部、铰链接合部、鞍形接合部、髁状接合部和球窝接合部。69.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述一个或多个接合机构可操作地耦合到一个或多个致动器，所述一个或多个致动器被配置为引导所述成像单元的所述移动。70.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述成像单元经由T型接合部耦合到所述壳体单元或所述细长观测镜。71.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述成像单元经由L型接合部耦合到所述壳体单元或所述细长观测镜。72.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，还包括处理器，所述处理器可操作地耦合到所述成像单元，其中所述处理器被配置为引导所述成像单元相对于所述壳体单元或所述细长观测镜的移动。73.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述一个或多个光束包括白光或相干激光。74.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述白光在可见电磁光谱中。75.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述相干激光在不可见电磁光谱中。76.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述相干激光由具有基本上单一波长的单一激光源提供。77.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述相干激光由具有多个不同波长的多个激光源提供。78.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述相干激光用于飞行时间
(ToF)测量。79.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，还包括处理器，所述处理器可操作地耦合到所述成像单元，其中所述处理器被配置为引导所述成像单元相对于所述壳体或所述细长观测镜的移动。80.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，还包括处理器，所述处理器可操作地耦合到所述深度传感器，其中所述处理器被配置为基于来自所述深度传感器的成像数据量化所述对象身体内的一个或多个目标部位的深度信息。81.根据前述权利要求中任一项所述的观测镜组件，其中所述处理器能够由所述观测镜组件的用户控制。82.一种成像套件，包括：前述权利要求中任一项所述的观测镜组件；以及照明源，所述照明源被配置为将所述一个或多个光束传输到所述细长观测镜并且通过所述细长观测镜。83.一种方法，包括：(a)提供一观测镜组件，所述观测镜组件包括：(i)壳体单元，其被配置为封闭一细长观测镜的至少一部分，其中所述壳体单元可释放地耦合到所述细长观测镜的所述至少一部分；以及(ii)成像单元，其可操作地耦合到所述壳体单元的远侧端部，其中所述成像单元包括光学组件，所述光学组件被配置为将传输通过所述细长观测镜的一个或多个光束引导到对象身体内的目标部位上；(b)由所述光学组件接收来自所述细长观测镜的所述一个或多个光束；以及(c)由所述光学组件将所述一个或多个光束引导到所述对象身体内的所述目标部位上。84.根据权利要求83所述的方法，还包括经由相对于所述壳体单元的旋转运动或平移运动来移动所述成像单元，以将所述一个或多个光束引导到所述对象身体内的所述目标部位上。85.根据权利要求83所述的方法，还包括经由相对于所述一个或多个光束的光学路径的旋转运动或平移运动来移动所述光学组件。86.根据权利要求83所述的方法，还包括当所述一个或多个光束传输通过所述细长观测镜时，相对于所述一个或多个光束的光学路径移动所述光学组件。87.根据权利要求83所述的方法，还包括移动所述光学组件以将所述一个或多个光束引导到所述对象身体内的不同目标部位。88.根据权利要求83所述的方法，还包括相对于所述成像单元的位置、取向或移动来移动所述光学组件。89.根据权利要求83所述的方法，还包括独立于所述成像单元的位置、取向或移动来移动所述光学组件。90.一种方法，包括：(a)提供一观测镜组件，所述观测镜组件包括：(i)壳体单元，其被配置为封闭一细长观测镜的至少一部分，其中所述壳体单元可释放地耦合到所述细长观测镜的所述至少一部分；以及(ii)成像单元，其可操作地耦合到所述壳体单元的远侧端部，其中所述成像单元包
括在所述成像单元的不同侧面上的相机和深度传感器；(b)借助于所述相机，接收来自第一光学轴线的第一光信号；以及(c)借助于所述深度传感器，接收来自不同于所述第一光学轴线的第二光学轴线的第二光信号。91.根据权利要求90所述的方法，还包括经由相对于所述壳体单元的旋转运动或平移运动来移动所述成像单元，以改变所述相机或所述深度传感器的视野。92.根据权利要求90所述的方法，还包括使所述成像单元相对于所述壳体单元处于第一配置中，使得所述相机的所述第一光学轴线基本上平行于所述细长观测镜的长度取向。93.根据权利要求92所述的方法，还包括使所述成像单元相对于所述壳体单元处于第二配置，使得所述深度传感器的所述第二光学轴线基本上平行于所述细长观测镜的所述长度取向。94.根据权利要求93所述的方法，还包括：当所述成像单元处于所述第二配置时，将一个或多个光束从所述细长观测镜的远侧端部引导通过所述成像单元的至少一部分的(i)开口或(ii)光学透明或半透明窗口，并且朝向对象身体内的目标部位。95.根据权利要求93所述的方法，还包括在通过所述细长观测镜的远侧端部接触所述成像单元时以所述第二配置展开所述成像单元。96.根据权利要求90所述的方法，其中所述深度传感器的所述第二光学轴线基本上正交于所述相机的所述第一光学轴线。97.一种方法，包括：(a)提供一观测镜组件，所述观测镜组件包括：(i)细长观测镜；以及(ii)成像单元，其附接到所述细长观测镜的远侧端部，其中所述成像单元包括相机和单独的深度传感器；(b)借助于所述相机，生成包括二维(2D)照片或视频图像的第一组成像数据；以及(c)借助于所述深度传感器，生成包括深度图的第二组成像数据。98.根据权利要求97所述的方法，还包括经由相对于所述细长观测镜的旋转运动或平移运动来移动所述成像单元，以改变所述相机或所述深度传感器的视野。99.根据权利要求97所述的方法，其中所述相机包括第一透镜，并且其中所述深度传感器包括不同于所述第一透镜的两个或更多个透镜。100.根据权利要求97所述的方法，其中所述相机和所述深度传感器在所述成像单元的不同侧面上，使得所述相机和所述深度传感器具有正交的光学轴线。101.根据权利要求100所述的方法，还包括使所述成像单元处于第一配置中，使得所述相机的光学轴线基本上平行于所述细长观测镜的长度取向。102.根据权利要求101所述的方法，还包括使所述成像单元处于第二配置中，使得所述深度传感器的光学轴线基本上平行于所述细长观测镜的所述长度取向。103.根据权利要求102所述的方法，还包括：当所述成像单元处于所述第二配置时，将一个或多个光束从所述细长观测镜的远侧端部引导通过所述成像单元的至少一部分的(i)开口或(ii)光学透明或半透明窗口，并且朝向对象身体内的目标部位。104.一种方法，包括：(a)提供一观测镜组件，所述观测镜组件包括：(i)细长观测镜；(ii)成像单元，其可操作地耦合到所述细长观测镜的远侧端部；以及(iii)一个或多个运动传感器，其可操作地耦
合到所述成像单元；(b)相对于所述细长观测镜移动所述成像单元，以从多个视角获得目标部位的多个成像数据；(c)借助于所述一个或多个运动传感器，当所述成像单元相对于所述细长观测镜移动时，提供所述成像单元的空...
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