[发明专利]三维内窥镜及三维成像方法

说明书

本申请要求于2013年11月7日递交的、申请号为US61901279，名称为“Intra-Abdominal Lightfield 3D camera and Method of Making the Same”的申请的优先权。

技术领域

本发明涉及一种三维成像技术，特别是一种三维内窥镜及三维成像方法。

背景技术

相对于传统的外科手术，微创手术(MIS)将医疗装置通过人体的自然开口或小的皮肤切口插入人体内，进行诊断和治疗、修复人体内大范围的医疗病变。微创手术已在过去的二十年里，逐步取代了一般的外科手术卓越地位，它能减少手术的并发症，加速术后恢复，提高病人的满意度，减少术后疼痛等。

为了突破微创手术技术瓶颈和进一步降低发病率，单孔腹腔镜手术(LESS)技术被开发出来，它是通过减小创口尺寸和减少腹部创口数量来进行的微创手术。目前已经被用于胆囊切除、阑尾切除术、肾上腺切除术、右半结肠切除术、可调节胃束带放置、肾部分切除术和根治性前列腺切除术。与传统的腹腔镜手术相比，单孔腹腔镜手术只造成一个腹部创口，有利于创口美观，同时术后痛苦少、恢复快、不粘连、极大缩短康复时间。

自然孔口内窥镜手术(NOTES)是近期微创手术领域另一个技术发展。它是把内窥镜插入人体的自然孔口(口，尿道，肛门等)，通过一个内部切口(胃、阴道、膀胱或直肠)进入病变部位，从而完全消除腹部切口/外部疤痕。自然孔口内窥镜手术是用于人体诊断腹腔镜阑尾切除术、胆囊切除术和套筒胃大部切除术。

机器人系统，如达文西机器人系统已被用于单孔腹腔镜手术，被称为机器人单孔腹腔镜手术，以增强手术的清晰度、运动缩放和减少震颤。

尽管在过去的几年中，这三种主流的微创手术技术迅速得到发展，但由于缺乏更高性能的图像装置阻碍了这些技术的发展，也不能使更多的患者获益。这些技术的操作需要一个单一创口进入腹膜腔，这种需求会引发一系列广泛的挑战，从仪器的碰撞风险，获得足够的钳制力，到仪器三角支撑力的减弱。

特别是现有LNR的装置可视化能力证明有一定的问题和不足，由于医生不再直接看着病人的解剖，而是通过一个二维视频监视器观看，通过手术创口不能直接看到手术部位问题。这些现有的成像设备的主要缺点包括：

(1)视野狭窄：LNR(LESS、NOTES、R-LESS的简称)中给出的腹腔图像的视野有可能被同一创口进入的医疗器械所遮挡和掩盖。图像可能与其他的工具重叠，这就使医生难以通过现有的二维图像获得内部的三维深度感。

(2)创口的持续占用：在手术检查中，惯用的腹腔内窥镜一直占领创口的重要位置，阻碍了其他器械在同一个创口的同时性操作

(3)器械碰撞：腹腔镜组对创口的持续占用导致手术器械在内部和外部会产生碰撞。

(4)视角受限：LNR中的内窥镜只经过一个通道，将产生不熟悉的视角，尤其在NOTES中发生较多，而且镜管无法随医生意愿转换任意角度

(5)难以保持正确且稳定的空间定位：体内图形有时候定位在四边，这就使医生在精细的手术过程中很难建立稳定的空间坐标，难以获得三维感。这就大大增加了医生的工作负担，降低了LNR的有效性和准确性。

(6)缺乏三维图像显示能力和深度感：最重要的是，如今在LNR中使用的内窥镜系统只能提供二维图像，缺乏三维深度信息。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的一个主要目的在于提供一种三维内窥镜及三维成像方法，可以消除现有腹腔内窥镜普遍存在的视野狭窄和旋转视角问题，获得一个具有恰当视角、无遮蔽的全视场(FOV)的手术场景。

根据本发明的第一方面，一种三维内窥镜，包括壳体、成像单元和控制单元；

所述成像单元位于所述壳体内；

所述成像单元包括成像传感器阵列和照明设备；

所述成像传感器阵列包括多个成像传感器，用于在所述照明设备提供的光照下采集目标对象的二维图像；

所述控制单元用于基于每个所述传感器采集到的所述目标对象的二维图像合成为所述目标对象的三维图像。

根据本发明的第二方面，一种基于如上所述的三维内窥镜的三维成像方法，包括：

成像传感器阵列中的多个成像传感器在照明设备提供的光照下采集目标对象的二维图像；