專利名稱：高速電子遠(yuǎn)程醫(yī)療成像系統(tǒng)以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有高速多電線電纜的醫(yī)療成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
遠(yuǎn)程成像系統(tǒng)用于觀察不便正常進(jìn)行人體觀察或不便使用傳統(tǒng)的光學(xué)成像工具的物體。僅能設(shè)置尺寸有限的圖像轉(zhuǎn)換器以便進(jìn)行觀察，并且為了觀察要將信號輸送至遠(yuǎn)距離的位置處。例如，外科醫(yī)生利用光學(xué)成像探頭來觀察內(nèi)部組織以便進(jìn)行診斷或外科手術(shù)。這類系統(tǒng)需要最小型的多電線電纜組件將由電荷耦合器件(CCD)記錄的圖像信號輸送置外部顯示屏上。其它的醫(yī)療成像系統(tǒng)利用在外部與患者接觸的超聲波轉(zhuǎn)換器，經(jīng)一根多電線電纜，將內(nèi)部圖像輸送至一臺用于顯示的儀表上。
對于外科手術(shù)和其它用途而言，希望使電纜的尺寸達(dá)到最小。有限的直徑有助于實現(xiàn)理想的靈活性。但是，詳細(xì)的實時圖像需要顯著的帶寬，從而需要許多具有規(guī)定頻率功率的獨(dú)立導(dǎo)線。為了在需要大量的導(dǎo)線時避免形成不希望的大體積的電纜，采用了非常細(xì)的導(dǎo)線。為了限制電噪音和在高信號頻率下的相互影響，導(dǎo)線通常要被屏蔽。一種典型的方案使用了非常細(xì)的共軸電線，這些電線在一根電纜中是成束設(shè)置的。每根電線均具有其自身的屏蔽層，其能夠提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)以避免在高頻下產(chǎn)生相互干涉。
雖然能夠操作滿足要求，但是許多共軸組件仍具有一些缺點。細(xì)的共軸電線的制造成本比許多場合可接受的成本要高。端接非常細(xì)的共軸電線的方式是復(fù)雜且價格昂貴的。并且由于需要在線芯導(dǎo)線和屏蔽層之間具有規(guī)定間隙，因此，共軸電線會出現(xiàn)不希望的大型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種醫(yī)療成像系統(tǒng)來克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性，該醫(yī)療成像系統(tǒng)具有一個包括電子顯示器的底座裝置，以及一個經(jīng)一根柔性電纜與顯示裝置相連的遠(yuǎn)程成像轉(zhuǎn)換器。所述電纜包括多根信號傳輸線，每根信號傳輸線均包括一對用于數(shù)字差分信號傳輸?shù)碾p扭電線。通過利用差分信號的眾所周知的優(yōu)點，即取消信號發(fā)射以及減小公共模式的干涉，在無需屏蔽層的情況下，這些雙扭電線便能夠保持信號集成度。利用差分信號傳輸?shù)臄?shù)字系統(tǒng)包括LVDS，SCL，F(xiàn)iberChannel，以及Firewire。每根導(dǎo)線均在第一端與轉(zhuǎn)換器相連，并且在第二端與底座裝置相連。信號傳輸線可以繞一個線芯纏繞，所述線芯可以是一根光學(xué)導(dǎo)管，其在底座裝置與一光源相連。所述系統(tǒng)可采用光學(xué)或超聲波成像。
附圖的簡要說明

圖1為本發(fā)明中一個最佳實施例的電纜組件的剖開透視圖。
圖2為本發(fā)明中一個最佳實施例的電纜組件部件的剖開透視圖。
圖3為本發(fā)明中一個最佳實施例的電纜組件的剖面端視圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，使用了電纜組件的成像裝置的剖開透視圖。
圖5為本發(fā)明最佳實施例的成像系統(tǒng)的視圖。
圖6為本發(fā)明可選擇的實施例的成像系統(tǒng)的視圖。
最佳實施例的詳細(xì)描述圖1顯示了一種用于高頻信號或高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜嵝噪娎|組件10。這種電纜包括一個線芯12，一組以螺旋狀繞線芯纏繞的雙扭電線14，以及一外包皮部分16。
線芯具有一根柔性光學(xué)導(dǎo)管，該導(dǎo)管設(shè)有一束可傳送光的光纖20。所述光纖由一螺旋金屬鎧裝層22包裹，其內(nèi)徑為0.160，外徑為0.200。鎧裝層所起的作用為提供圓柱形形狀，該形狀的橫剖面不會在后面的壓力作用下產(chǎn)生非常大的偏離，以維持雙扭電線距電纜的軸線具有均勻的距離。所述鎧裝層由一條螺旋包裹的薄絕緣帶23提供絕緣。所述帶為低摩擦含氟聚合物膜，其厚度為0.002英寸，寬度為0.125英寸，并且以45％交疊的方式纏繞。在最佳實施例中，導(dǎo)管設(shè)有2050根光纖，對于3.5mm的總體外徑而言，每一根光纖均具有.66的數(shù)值孔徑并具有70微米的直徑，且具有80％的光纖填充密度。
如下面詳細(xì)說明的那樣，每一雙扭電線14均包括兩根螺旋狀扭絞的電線，這兩根電線彼此絕緣并包裹在共形包皮中。雖然設(shè)置了九根雙扭電線，但是這一數(shù)量可根據(jù)特定應(yīng)用場合的需要，不受任何限制的變化。每一雙扭電線的包皮均具有0.030英寸的直徑，其允許每一雙扭電線包皮在其整個長度范圍內(nèi)均能夠抵靠在線芯的表面，并且與相鄰的雙扭電線的包皮彼此鄰接。這樣便能夠確保每一雙扭電線均與線芯導(dǎo)線以及與相鄰的雙扭電線保持相同的控制距離。
在最佳實施例中，雙扭電線以螺旋狀繞線芯纏繞。纏繞角度使每一雙扭電線在整個2.0英寸的電纜長度范圍內(nèi)繞線芯實現(xiàn)一次完整的纏繞。纏繞角度可以略微變化以適應(yīng)雙扭電線包皮直徑和線芯包皮直徑的變化。如果雙扭電線具有能夠彼此鄰接并抵靠在線芯上的尺寸，那么雙扭電線直徑大于標(biāo)準(zhǔn)值或線芯直徑小于標(biāo)準(zhǔn)值的略微變化均會迫使至少一根雙扭電線不與線芯靠接。但是，以預(yù)定方式略微減小雙扭電線的尺寸(和/或加大線芯的尺寸)便能夠避免這一問題的產(chǎn)生。在這種情況下，通過以螺旋狀纏繞雙扭電線，能夠避免如果雙扭電線與線芯平行而產(chǎn)生的雙扭電線之間的預(yù)定間隙。實際上，通過雙扭電線和線芯的幾何形狀能夠確定纏繞角度的度數(shù)，并且對于較小的雙扭電線直徑而言，纏繞角度會增大(并且一根雙扭電線的一圈完整的螺旋旋繞的長度會減小)。
通過一條薄帶26以螺旋狀纏繞雙扭電線，該薄帶在中間制造步驟以及在電纜的整個壽命期間，能夠?qū)㈦p扭電線固定在線芯上。略微張緊所述帶，以將雙扭電線偏壓在線芯上，并且在使用期間電纜彎曲時能夠防止間隙的產(chǎn)生。所述帶為低摩擦的含氟聚合物膜，其厚度為0.004英寸。在帶的寬度為0.5英寸，雙扭電線以及線芯束的外徑為0.290英寸的情況下，所述帶纏繞大約三圈達(dá)到一英寸，并且在纏繞帶之間的重疊率為30％。
屏蔽層32緊密纏繞線芯束。屏蔽層為38AWG銅電線的編織帶，并且具有至少90％的特定覆蓋率。通過隔離包皮層的控制尺寸，屏蔽層距每一雙扭電線的距離均是相等的。
一外部包皮層34緊密地包圍屏蔽層且壁厚度為0.030英寸，并且保護(hù)其不會損壞。外部包皮由柔性聚氨酯構(gòu)成，并且最好是繞所述屏蔽層雙擠壓而成的。最終的電纜的外徑為0.390英寸。
圖2詳細(xì)顯示了單根雙扭電線14。雙扭電線中的每一根電線均具有由32AWG銅制成的導(dǎo)線，該導(dǎo)線由壁厚為0.003英寸且由含氟聚合物制成的絕緣包皮42包圍。每一包繞的電線的外徑均為0.015英寸。電線是以螺旋狀、以每英寸繞完整3圈的扭絞率纏繞的。在某些用途中，扭絞率可以以不同的比率制定以避免在相鄰的雙扭電線之間產(chǎn)生干涉。例如，所述扭絞率可以在兩個不同的值之間變化，以便相鄰的雙扭電線不會相互作用。電線在一根軸線上，沿它們的整個長度彼此接觸。在最佳實施例中，電線被封裝在由聚合物材料制成的包皮44內(nèi)。所述包皮是繞電線雙擠壓而成的，其外徑為0.045英寸，或為雙扭電線直徑的1-1/2倍。
如在最佳實施例中說明及描述的那樣，已發(fā)現(xiàn)電纜能夠?qū)崿F(xiàn)每一雙扭電線100～655Mits/sec的數(shù)據(jù)傳送速率。其用于長度為18～120英寸的電纜。對于必須方便地移動連接件的場合(如對于連接至計算機(jī)設(shè)備或電子設(shè)備的輸入裝置或轉(zhuǎn)換器)，當(dāng)所采用的非常細(xì)的電線需要確保具有柔性時，相信其它目的所需的電纜長度越長，就越需要更大的導(dǎo)線。雖然這些電纜可采用用于披露和說明最佳實施例的原理，但是，它們在需要重復(fù)彎曲的情況下則不太適用。
如圖3所示，繞線芯纏繞的一些電線可以不采用雙扭電線形式。在所說明的實施例中，對于電源和其它更高電流需要而言，采用了具有一個固體線芯的六根電線，同時所述雙扭電線用于傳輸?shù)碗妷翰罘中盘?。在可選擇的實施例中，所有電線均可以采用雙扭電線形式，或者可以采用不同數(shù)量或大小的雙扭電線。
如圖4所示，在成像系統(tǒng)50中使用了電纜10。該系統(tǒng)包括一臺儀表52，電纜10以及一臺攝像機(jī)54。電纜10具有一個與儀表相連的第一端56，以及一個與攝像機(jī)相連的第二端60。
儀表具有一個帶有連接器64的殼體62。一根光纖導(dǎo)管66在殼體內(nèi)經(jīng)一個使光源連接至導(dǎo)管的聚光透鏡72、從連接器64延伸至一個如燈泡70這樣的照明源。一組電線74在殼體中，從連接器延伸至一個電路元件76。一個電子顯示屏80以電形式連接至所述電路。所述電路的作用在于經(jīng)電纜接收電編碼動態(tài)圖像信息，并且對其進(jìn)行解碼以便在屏幕上顯示。
儀表連接器包括一個接口，其適于使殼體中的光學(xué)導(dǎo)管66與電纜的光纖束20相連。同樣，所述連接器包括使接線74與電纜的電線相連的元件。在一個可選擇的實施例中，可以永久地將電纜固定至殼體上，以便不需要連接器，并且光纖足以延伸至光源，并且電纜電線直接連接至所述電路。
攝像機(jī)54為一種小型裝置，其具有殼體82，該殼體具有一個腔室84，在該腔室中裝有一個電耦合器件(CCD)86。在可選擇的實施例中，可以使用任何適于產(chǎn)生電信號的電子圖像轉(zhuǎn)換器，可以對該轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電信號進(jìn)行解碼以便還原形成在轉(zhuǎn)換器表面上的圖像。殼體中的透鏡90位于CCD的成像表面的軸線上，以在成像表面上形成物體92的圖像。使電纜的電線14與CCD相連，以便在屏幕80上顯示相應(yīng)的電子圖像92’。
通過由光纖束輸送的光線提供物體的照明。光纖束20的端部位于成像透鏡90附近，以便發(fā)出的光線沿透鏡的光學(xué)軸線方向發(fā)光。在一個可選擇的實施例中，纖維端部可繞成像透鏡同軸分布。在工作時，攝像機(jī)遠(yuǎn)離儀表，并且與所要成像的物體相鄰。在醫(yī)療用途中，可以將攝像機(jī)設(shè)置在患者的體內(nèi)。可以將攝像機(jī)與外科儀器(如內(nèi)窺鏡)安裝在一起。
例如，圖5顯示了成像系統(tǒng)50，在該系統(tǒng)中，外科醫(yī)生已將攝像機(jī)54插入患者的切口102內(nèi)。通過電纜10中的光纖將底座裝置52中的光源傳送至攝像機(jī)。光線照亮患者體內(nèi)的區(qū)域，以便由患者組織反射的光線在CCD上產(chǎn)生圖像。將該圖像轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)利用了低壓差分信號(LVDS)傳遞的高速雙扭電線使該電信號返回至底座裝置，從而將該信號轉(zhuǎn)換為在外科手術(shù)期間，由外科醫(yī)生實時觀察而顯示的圖像。雖然為了簡化，利用與儀表一體的顯示裝置進(jìn)行了說明，但是，在許多場合下，可以在另一個地點，在外科醫(yī)生的視野內(nèi)設(shè)置一個獨(dú)立的顯示裝置，或者可以將該顯示裝置設(shè)置在用于在外科手術(shù)期間進(jìn)行直接觀察的儀表內(nèi)。
圖6顯示了一種可選擇的超聲波醫(yī)療系統(tǒng)120。超聲波底座裝置122具有一個由一根柔性電纜126連接的超聲波轉(zhuǎn)換器124。電纜126與圖1～5中的電纜10相類似，不同之處在于由于超聲波成像無需照明，因此，其未使用光纖導(dǎo)管?？梢源圆捎贸叽绱笥陔p扭電線的中央線芯導(dǎo)線，并且可利用這種中央線芯導(dǎo)線向轉(zhuǎn)換器提供電能。雙扭電線可以以與電纜10相同的方式環(huán)繞線芯。
醫(yī)生或技術(shù)人員130以在外部與患者132接觸的方式應(yīng)用轉(zhuǎn)換器。通過轉(zhuǎn)換器將超聲波能量發(fā)送至患者組織內(nèi)，患者的組織以能夠顯示組織特性和位置的圖形反射回能量。將該能量圖形轉(zhuǎn)換為高帶寬電信號，該電信號經(jīng)使用了低壓差分信號(LVDS)傳遞的高速雙扭電線返回至底座裝置。隨后，使該信號恢復(fù)原狀，以便為了觀察而在底座裝置上的顯示屏幕134上顯示為實時動態(tài)圖像。
雖然根據(jù)最佳實施例和可選擇的實施例作出了以上說明，但是，本發(fā)明不應(yīng)局限于此。例如，用于信號從柔性連接的轉(zhuǎn)換器進(jìn)行LVDS傳遞的雙扭電線所使用的醫(yī)療用途不必局限于內(nèi)窺鏡和超聲波成像。在必須對遠(yuǎn)離顯示裝置的物體進(jìn)行成像的任意醫(yī)療用途中均可采用這些特點。其可包括外部成像攝像機(jī)，這些攝像機(jī)用于牙科、常規(guī)外科手術(shù)、機(jī)器人外科手術(shù)、最小創(chuàng)傷手術(shù)(關(guān)節(jié)鏡術(shù)、腹腔鏡術(shù))、內(nèi)部診斷、眼科以及需要詳盡的高分辨率直觀檢查和醫(yī)療分析且需要電纜連接靈活性的其它領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)療成像系統(tǒng)，其包括一個底座裝置，其包括一個電子顯示器；一個遠(yuǎn)程成像轉(zhuǎn)換器，其經(jīng)過一根柔性電纜與顯示裝置相連；所述電纜包括多根信號傳輸線；每一信號傳輸線均包括一對雙扭導(dǎo)線；以及每一根導(dǎo)線在第一端與轉(zhuǎn)換器相連，并且在第二端與底座裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電纜包括一個光學(xué)傳送元件，該元件在一端與照明裝置相連，并且可以操作以將光線傳遞至由所述轉(zhuǎn)換器成像的物體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中每一雙扭導(dǎo)線均繞光學(xué)傳送元件纏繞。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)換器為一種光敏電子器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，光敏電子器件為CCD。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)換器為一種超聲波元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每一對雙扭導(dǎo)線中的導(dǎo)線均采用共同的線規(guī)，并且彼此以螺旋狀纏繞在一起。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，雙扭導(dǎo)線與由線芯限定的軸線的距離是均勻的。
9.一種醫(yī)療成像系統(tǒng)，其包括一個底座裝置，其包括一個電子顯示器；一個遠(yuǎn)程成像轉(zhuǎn)換器，其經(jīng)過一根柔性電纜與顯示裝置相連；所述電纜包括多根信號傳輸線；以及每一信號傳輸線均包括一對為進(jìn)行低壓差分信號傳輸而結(jié)合的導(dǎo)線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述電纜包括一個光學(xué)傳送元件，該元件在一端與照明裝置相連，并且可以操作以便將光線傳遞至由所述轉(zhuǎn)換器成像的物體上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中每一根信號傳輸線均繞光學(xué)傳送元件纏繞。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)換器為一種光敏電子器件。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)換器為一種超聲波元件。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，每一根信號傳輸線中的導(dǎo)線均采用共同的線規(guī)，并且彼此以螺旋狀纏繞在一起。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，信號傳輸線與由線芯限定的軸線的距離是均勻的。
16.一種醫(yī)療成像的方法，其包括以下步驟使一臺轉(zhuǎn)換器位于患者附近；在轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生用以顯示圖像的電信號；經(jīng)一根與底座裝置相連的柔性電纜傳輸信號，其包括利用低壓差分信號傳輸、經(jīng)多對導(dǎo)線傳遞獨(dú)立的信號；以及在底座裝置中，顯示以所述信號為基礎(chǔ)的圖像。
17.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中傳輸信號包括經(jīng)雙扭電線傳輸信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其包括經(jīng)電纜中的光學(xué)導(dǎo)管照亮由轉(zhuǎn)換器成像的患者中的目標(biāo)部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生電信號包括在一光敏電子器件上產(chǎn)生圖像。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生電信號包括接收發(fā)射的超聲波能量。
全文摘要
一種醫(yī)療成像系統(tǒng)具有一個包括電子顯示器的底座裝置，以及一個經(jīng)過一根柔性電纜與顯示裝置相連的遠(yuǎn)程成像轉(zhuǎn)換器。電纜包括多根信號傳輸線，每根信號傳輸線均包括一對用于數(shù)字差分信號線的雙扭導(dǎo)線。每根導(dǎo)線在第一端與轉(zhuǎn)換器相連，并且在第二端與底座裝置相連。信號傳輸線可以繞一個線芯纏繞，所述線芯可以是一根光學(xué)導(dǎo)管，其在底座裝置與一光源相連。
文檔編號A61B8/00GK1547448SQ02816776
公開日2004年11月17日 申請日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月26日
發(fā)明者埃里克·艾克爾伯格, 埃里克 艾克爾伯格, V 小佩奇, 西倫·V·小佩奇 申請人:勒德洛公司