本發(fā)明涉及包括光學(xué)傳感器導(dǎo)管，具體來說涉及(但不限于)具有用于監(jiān)測睡眠用戶的上氣道形狀的光學(xué)傳感器的上氣道導(dǎo)管。

背景技術(shù)：

睡眠期間的呼吸障礙被認(rèn)為是具有顯著臨床后果的常見問題。阻塞性睡眠呼吸暫停(OSA)導(dǎo)致氣流的間歇性停止。當(dāng)出現(xiàn)這些阻塞情形時，受影響的人將暫時醒來。因為這些醒來的情形每晚上通常出現(xiàn)10到60次，所以睡眠的片段化會產(chǎn)生過多的日間困睡度。已知具有OSA的一些患者每小時經(jīng)歷超過100個瞬時醒來的情形。OSA還會導(dǎo)致心血管和肺部疾病。

已知用于在睡眠期間維持氣道通道的各種方案。旨在改變軟腭、頜或舌頭的位置的口腔用具是可得的，但患者的不適限制了它們的使用。持續(xù)氣道正壓(CPAP)裝置通常用作針對OSA的一線治療。這些裝置使用產(chǎn)生稍微提高壓力的氣流并且維持氣道內(nèi)的正氣壓的密閉式面罩。

適于用除氣道正壓(PAP)之外的療法的阻塞性睡眠呼吸暫停(OSA)患者庫正在增加，因為目前有更多的替代方案可用。由于OSA的多層級的病理生理學(xué)，不同于PAP，這些替代方案中沒有一個是‘萬全之策’?；颊叩倪x擇需要確保最佳的臨床結(jié)果。

雖然藥物誘導(dǎo)睡眠內(nèi)窺鏡檢查(DISE)被認(rèn)為是用于患者和療法選擇的最好方法，但在歐洲以及甚至在美國，許多耳鼻喉(ENT)執(zhí)業(yè)醫(yī)師因為相關(guān)成本(昂貴的臨床環(huán)境和所需的工作人員)和感知的風(fēng)險(呼吸暫?；颊叩逆?zhèn)靜)而并不使用DISE。此外，DISE并不被認(rèn)為代表了自然睡眠，因此，所觀察到的塌縮模式可能并不反映特定患者在自然睡眠期間的OSA的真實(shí)的病理生理學(xué)。目前，關(guān)于如何最佳地選擇用于患者的OSA治療的替代方案，并沒有一致的意見。壓力導(dǎo)管試圖克服與DISE相關(guān)的限制中的一些，但上氣道測壓法還具有缺點(diǎn)，因為其僅識別塌縮的位置，但不提供關(guān)于上氣道阻塞的構(gòu)造和嚴(yán)重度的任何信息。在發(fā)生事件時，上氣道測壓法也不提供可視化的確認(rèn)。已經(jīng)提出光學(xué)導(dǎo)管和內(nèi)窺鏡作為量化氣道的構(gòu)思?？梢詮腗uller等人的“用于氣管鏡檢查的非接觸式三維激光測量裝置(Noncontact three-dimensional laser measuring device for tracheoscopy)”(《耳科年鑒》，第111卷，第9期，第821-827頁(2002年9月))和Dorffel等人的“一種新的測量氣道尺寸的支氣管鏡檢查方法(A new bronchoscopic method to measure airway size)”(《歐洲呼吸雜志》，第14卷，第783-788頁(1999年))找到光學(xué)內(nèi)窺鏡的示例，但在其需要使導(dǎo)管平移穿過上氣道以便確定上氣道的完整畫面的意義上，所描述的掃描方法通常繁瑣。這意味著上氣道的動態(tài)信息整體上丟失了。此外，在沒有連續(xù)的臨床監(jiān)督的情況下對上氣道的長期觀察是困難的。此外，典型的光學(xué)導(dǎo)管具有光學(xué)傳感器，該光學(xué)傳感器最好具有這樣一種視場，即，該視場顯著地限制了監(jiān)測實(shí)質(zhì)性的(substantial)橫截面區(qū)域并因此會錯過或錯過診治在氣道中出現(xiàn)的事件類型的能力，因為光學(xué)導(dǎo)管被‘定向’在未能捕捉事件或相當(dāng)好地捕捉事件的方向上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明在權(quán)利要求中限定。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種導(dǎo)管，包括：

至少兩個光學(xué)傳感器，所述傳感器沿著所述導(dǎo)管分布，其中所述傳感器被配置成觀察所述導(dǎo)管位于其內(nèi)的細(xì)長體積的不同橫截面，每一光學(xué)傳感器具有沿著平行于導(dǎo)管方向或與所述導(dǎo)管方向成小于45度的角的方向的傳感器長度，并且每一光學(xué)傳感器包括：

光產(chǎn)生器，所述光產(chǎn)生器被配置成相對于所述導(dǎo)管長度將至少一個光輸出以徑向投射角投射到所述導(dǎo)管插入到其中的所述細(xì)長體積的所述內(nèi)表面上；和

成像裝置，所述成像裝置具有視場，所述視場帶有大體上平行于所述導(dǎo)管長度或與所述導(dǎo)管長度成小于45度的角的中心軸線，所述成像裝置被配置成觀察所述細(xì)長體積的所述內(nèi)表面上的所述至少一個光輸出?？蛇x地，所述角小于30度或小于20度。

這個導(dǎo)管包括沿著其長度的多個光學(xué)傳感器。舉例來說，所述光學(xué)傳感器是沿著所述導(dǎo)管的細(xì)長結(jié)構(gòu)，以使得所述傳感器具有對應(yīng)于所述導(dǎo)管長度方向或自其偏移少量的細(xì)長軸線方向。所述成像裝置的視場具有大體上平行于所述光學(xué)傳感器的長度方向的中心軸線，并且所述光產(chǎn)生器被配置成相對于所述光學(xué)傳感器的長度方向徑向地投射光。

所述傳感器軸線和所述成像裝置的視場中心軸線可恰好對應(yīng)于所述傳感器的長度方向。這樣限定了向前照亮和前視的圖像傳感器，并且所述被成像表面是垂直環(huán)。然而，可存在故意的偏移角以使得所述被成像表面是并不垂直于所述導(dǎo)管長度的切片。

所述光產(chǎn)生器可產(chǎn)生呈光圖案的形式的光輸出，并且因此可以被描述為結(jié)構(gòu)化的光源或光圖案產(chǎn)生器。舉例來說，所述圖案沿著所述導(dǎo)管方向在強(qiáng)度上具有至少一個窄峰值。這個峰值圍繞整個徑向方向可以是連續(xù)的(即，環(huán)狀環(huán))，或其圍繞所述徑向方向可以是非連續(xù)的(即，一組點(diǎn))。在所述窄峰值的每一側(cè)，所述強(qiáng)度優(yōu)選地下降到盡可能接近于零。

這種布置因此使得在所述導(dǎo)管在用于單個以上的實(shí)質(zhì)性的橫截面區(qū)域或部分橫截面的體積(例如，上氣道)內(nèi)是靜態(tài)的或固定不動時能夠進(jìn)行測量，并且因此允許在無需在所述體積內(nèi)移動所述導(dǎo)管或內(nèi)窺鏡的情況下進(jìn)行對所述體積的更為逼真的分析。所述布置能夠?qū)崿F(xiàn)可裝配于所述導(dǎo)管內(nèi)的緊湊的光學(xué)設(shè)計。

每一光學(xué)傳感器優(yōu)選地被布置成接收完整橫截面的圖像，以使得在將獲取圖像的每一位置處僅需要一個圖像傳感器。所述成像裝置可面向前或向后，并且這意味著其可局部地設(shè)置在待成像的橫截面的部位處。電子信號而非光學(xué)信號可沿著所述導(dǎo)管從所述多個傳感器傳送。

所述成像裝置的所述視場可包括所述細(xì)長體積的所述內(nèi)表面，因為其具有遠(yuǎn)離所述導(dǎo)管長度軸線的足夠的入射角范圍，否則其可具有較窄的入射角范圍，但來自所述細(xì)長體積的所述內(nèi)表面的光被重定向(例如，反射)以落在所述成像裝置的視場內(nèi)。在每一情形中所述成像裝置的所述中心軸線與所述導(dǎo)管對準(zhǔn)(或相對于所述導(dǎo)管的方向稍微偏移)，這意味著其可更容易地裝配到所述導(dǎo)管的局限且有限的空間中。還意味著單個成像裝置可以統(tǒng)一的方式從所有徑向方向接收光。

所述光圖案產(chǎn)生器可包括：光源，所述光源用于在平行于所述導(dǎo)管方向的方向上產(chǎn)生光束；和光重定向元件，所述光重定向元件被配置成重定向所述光束以產(chǎn)生與所述導(dǎo)管長度成斜角和/或直角的所述至少一個光圖案。

所述光圖案產(chǎn)生器的光束可與所述導(dǎo)管的中心軸線對準(zhǔn)，并且所述成像裝置具有視場，所述視場帶有與所述導(dǎo)管的中心軸線對準(zhǔn)的中心軸線。在這個情形中，所述成像裝置和所述光源可居中地定位于所述導(dǎo)管內(nèi)。

替代地，所述光圖案產(chǎn)生器的光束可相對于所述導(dǎo)管的中心軸線偏移，并且所述成像裝置具有視場，所述視場帶有與所述導(dǎo)管的所述中心軸線對準(zhǔn)的中心軸線。在這個情形中，所述光源相對于所述中心軸線偏移，并且所述反射元件也相應(yīng)地相對于所述中心軸線偏移。這能夠以更緊湊的方式布置部件。

所述光圖案產(chǎn)生器可以進(jìn)一步包括：透鏡，所述透鏡被配置成產(chǎn)生沿著所述導(dǎo)管長度大體上對準(zhǔn)的準(zhǔn)直或部分地準(zhǔn)直的光束；和反射元件，所述反射元件被配置成反射所述光束以產(chǎn)生與所述導(dǎo)管長度成斜角和/或直角的所述至少一個光圖案。

在這樣的實(shí)施例中，所述傳感器長度可以被縮短，因為所述反射元件可以將軸向光圖案轉(zhuǎn)換成徑向光圖案。此外，具體而言，這樣的傳感器能夠在導(dǎo)管內(nèi)和/或沿著導(dǎo)管操作，因為在徑向投射處產(chǎn)生所述至少一個光圖案能避免所述導(dǎo)管的近側(cè)或遠(yuǎn)側(cè)部分遮蔽傳感器的操作。

所述光圖案產(chǎn)生器的所述反射元件可包括反射錐體，所述反射錐體包括單個反射表面角，所述反射錐體被配置成產(chǎn)生與所述導(dǎo)管長度成斜角和/或直角的呈環(huán)的形式的所述至少一個光圖案。

在這樣的實(shí)施例中，所述反射錐體可將軸向光圖案轉(zhuǎn)換成徑向光圖案，其中所述光束被反射以形成可被反射到所述細(xì)長體積的內(nèi)表面上的環(huán)形圖案。

所述反射元件可包括反射錐體，所述反射錐體包括具有至少兩個不同的反射表面角的臺階式反射輪廓，并且被配置成產(chǎn)生與所述導(dǎo)管長度成斜角和/或直角的呈至少兩個環(huán)的形式的至少兩個光圖案。

在這樣的實(shí)施例中，所述臺階式反射輪廓通過產(chǎn)生呈至少兩個環(huán)的形式的至少兩個光圖案可準(zhǔn)許更容易地檢測和確定所述細(xì)長體積的橫截面輪廓。

所述反射元件可包括反射錐體，所述反射錐體包括變化的反射表面角并且被配置成產(chǎn)生與所述導(dǎo)管長度成斜角和/或直角的分布式光圖案。

類似地，在一些實(shí)施例中，通過產(chǎn)生分布式光圖案，可以協(xié)助檢測和確定所述體積的所述橫截面輪廓。

所述反射元件可包括在所述光束的位于反射錐體之前或之后的光學(xué)路徑內(nèi)的衍射光學(xué)元件，所述反射錐體被配置成基于所述衍射光學(xué)元件而產(chǎn)生與所述導(dǎo)管長度成斜角和/或直角的所述至少一個光圖案。

在這樣的實(shí)施例中，所述衍射光學(xué)元件能夠產(chǎn)生更復(fù)雜的圖案，例如，多個環(huán)，這能夠允許進(jìn)行更準(zhǔn)確的橫截面確定。

所述反射元件可包括位于所述光束的所述光學(xué)路徑內(nèi)的體積全息圖，所述體積全息圖被配置成基于所述衍射光學(xué)元件而產(chǎn)生與所述導(dǎo)管長度成斜角和/或直角的所述至少一個光圖案。

所述成像裝置可包括位于所述導(dǎo)管的側(cè)部和外部并且沿著所述光束的方向定向的攝像機(jī)。

在這些布置中，所述攝像機(jī)可以捕捉在前向(或軸向)視場中投射于所述體積(氣道)壁上的所述光圖案的圖像。

所述成像裝置可包括位于所述導(dǎo)管內(nèi)并且沿著所述光束的方向以及與其大體上相反地定向的攝像機(jī)。

在這些布置中，所述攝像機(jī)可以捕捉在前向(或軸向)視場中投射于所述體積(氣道)壁上的所述光圖案的圖像，但允許所述導(dǎo)管傳感器的直徑減小，因為所述部件在徑向方向上不‘堆疊’。

所述成像裝置可包括攝像機(jī)和反射元件，所述反射元件位于所述光學(xué)傳感器內(nèi)并且沿著所述光束方向以及與其大體上相反地定向，所述反射元件被配置成將所述攝像機(jī)的所述視場的至少一部分從軸向視場方向反射到徑向視場方向。

所述成像裝置的所述反射元件可包括反射錐體，所述反射錐體包括單個反射表面角，所述反射錐體被配置成將所述攝像機(jī)(1013)的所述視場的至少一部分從軸向視場方向反射到徑向視場方向。

在這些布置中，所述攝像機(jī)可以捕捉在側(cè)向(或徑向)視場中投射于所述體積(氣道)壁上的所述光圖案的圖像，這有助于減小所述傳感器的長度。

所述成像裝置的所述反射元件可包括反射錐體，所述反射錐體包括具有至少兩個不同的反射表面角的臺階式反射輪廓并且被配置成將所述攝像機(jī)的所述視場的第一部分從軸向視場方向反射到第一范圍的徑向視場方向，并且將所述攝像機(jī)的所述視場的第二范圍從軸向視場方向反射到與所述第一范圍的徑向視場方向不連續(xù)的第二范圍的徑向視場方向。

在這些布置中，所述攝像機(jī)可以捕捉側(cè)向(或徑向)視場中投射于所述體積(氣道)壁上的所述光圖案的圖像，這有助于減小所述傳感器的長度但允許所述攝像機(jī)的視場重疊以有助于確定任何錯誤圖像。

所述成像裝置的所述反射元件可包括反射錐體，所述反射錐體包括變化的反射表面角并且被配置成產(chǎn)生大于所述攝像機(jī)的所述視場的傳感器視場范圍。

在這些布置中，所述攝像機(jī)可以捕捉投射于所述體積(氣道)壁上的所述光圖案的圖像，所述光圖案具有將由最初攝像機(jī)提供的較大覆蓋度。

所述成像裝置的所述反射元件可包括反射錐體，所述反射錐體包括變化的反射表面角并且被配置成產(chǎn)生小于所述攝像機(jī)的所述視場的傳感器視場范圍。

在這些布置中，所述攝像機(jī)可以捕捉投射于所述體積(氣道)的內(nèi)壁上的所述光圖案的圖像，所述光圖案具有將由所述最初攝像機(jī)提供的較小的覆蓋度，但被覆蓋區(qū)域具有較大的成像密度。

在另一示例中，所述光產(chǎn)生器是所述成像裝置的組成部分，并且產(chǎn)生具有足夠徑向范圍以照亮所述導(dǎo)管插入到其中的所述細(xì)長體積的所述內(nèi)表面的非圖案的光輸出，其中所述成像裝置具有視場，所述視場帶有足以直接接收來自所述導(dǎo)管插入到其中的所述細(xì)長體積的被照亮的內(nèi)表面的光的受光角。

這個設(shè)計通過照亮所述導(dǎo)管的所述內(nèi)表面并且將其成像而避免需要結(jié)構(gòu)化的光源。然后可用圖像分析來解讀結(jié)果。第一和第二光學(xué)傳感器可彼此面對。這意味著圖像可靠在一起獲取。

所述光學(xué)傳感器可還包括透明毛細(xì)管，所述透明毛細(xì)管被配置成支撐所述光圖案產(chǎn)生器和所述成像裝置并且還準(zhǔn)許來自光學(xué)傳感器的所述至少一個光圖案傳輸?shù)剿鲶w積的所述內(nèi)表面。

在這樣的實(shí)施例中，所述透明毛細(xì)管可支撐并且保護(hù)所述圖案產(chǎn)生器和成像裝置免受機(jī)械損壞，并且能夠容易清潔所述傳感器。

所述光學(xué)傳感器可進(jìn)一步包括至少一個透明桿，其中所述至少一個透明桿可包括以下各項中的至少一個：透鏡孔或中空部，所述透鏡孔或中空部被配置成容納光導(dǎo)并且被配置成作為透鏡來操作，所述透鏡被配置成產(chǎn)生沿著所述導(dǎo)管長度大體上對準(zhǔn)的光束；光圖案產(chǎn)生器孔或中空部，所述光圖案產(chǎn)生器孔或中空部被配置成反射所述光束以產(chǎn)生所述至少一個光圖案；視場孔或中空部，所述視場孔或中空部被配置成將所述成像裝置的所述視場的至少一部分從軸向視場方向反射到徑向視場；成像裝置孔或中空部，所述成像裝置孔或中空部被配置成容納所述成像裝置。

因此，在這樣的實(shí)施例中，所述透明桿可以支撐并且保護(hù)所述圖案產(chǎn)生器和成像裝置免受機(jī)械損壞，并且能夠容易清潔所述傳感器，此外提供一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)減少了光學(xué)界面的數(shù)目并且因此減少了被所述成像裝置捕捉的寄生反射的數(shù)目。

所述至少一個透明桿可包括：第一透明桿，所述第一透明桿包括所述透鏡孔或中空部和所述光圖案產(chǎn)生器孔或中空部；第二透明桿，所述第二透明桿包括所述視場孔或中空部和所述成像裝置孔或中空部，其中所述第一透明桿和所述第二透明桿固定在一起。所述第一透明桿和所述第二透明桿可以通過膠固定在一起。

在一些實(shí)施例中，這種布置通過在將所述兩個透明桿粘合在一起之前在端部中形成所述光圖案產(chǎn)生器孔或中空部和所述視場孔或中空部而允許容易地構(gòu)建它們。

所述光學(xué)傳感器可以是剛性構(gòu)件，以使得所述光圖案產(chǎn)生器與所述成像裝置之間的光學(xué)距離是限定的長度。

以這種方式，所述光圖案產(chǎn)生器與所述成像裝置之間的固定的光學(xué)距離能夠使用簡單的幾何確定方式來執(zhí)行橫截面距離的確定。

所述光學(xué)傳感器可進(jìn)一步包括至少一個管道，所述管道可進(jìn)一步被配置成在所述傳感器內(nèi)定位用于至少一個其它光學(xué)傳感器的至少一個光導(dǎo)。

以這種方式，所述傳感器可布置有其它傳感器并且為位于導(dǎo)管布置結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)端處的傳感器提供光源。

所述光學(xué)傳感器可以進(jìn)一步包括至少一個光源，所述至少一個光源可以光學(xué)耦合到所述透鏡。

所述至少一個光源可包括以下各項中的至少一個：至少一個發(fā)光二極管；至少一個激光二極管；至少一個豎直外腔面發(fā)射激光器。

所述光學(xué)傳感器可以進(jìn)一步包括至少一個管道，所述管道可以進(jìn)一步被配置成在所述傳感器內(nèi)定位從至少一個其它導(dǎo)管傳感器輸出的至少一個成像裝置。

以這種方式，所述傳感器可布置有其它傳感器并且提供來自位于導(dǎo)管布置結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)端處的傳感器的數(shù)據(jù)路徑。

一種導(dǎo)管可包括如本文中所描述的至少兩個光學(xué)傳感器，所述至少兩個光學(xué)傳感器沿著所述導(dǎo)管間隔地分布，并且所述至少兩個光學(xué)傳感器被配置成觀察所述導(dǎo)管位于其內(nèi)的體積的不同的實(shí)質(zhì)性的橫截面。

根據(jù)第二方面，提供一種用于從沿著導(dǎo)管分布的至少兩個光學(xué)傳感器獲得圖像的成像方法，其中所述傳感器被配置成觀察所述導(dǎo)管位于其內(nèi)的細(xì)長體積的不同橫截面，每一光學(xué)傳感器具有沿著平行于導(dǎo)管方向或與所述導(dǎo)管方向成小于45度的角的方向的傳感器長度，對于每一光學(xué)傳感器來說，所述方法包括：

將至少一個光輸出以徑向投射角投射于所述導(dǎo)管插入到其中的所述體積的所述內(nèi)表面上；和

通過具有視場的成像裝置觀察所述細(xì)長體積的所述內(nèi)表面上的所述至少一個光輸出，所述視場帶有大體上平行于所述導(dǎo)管的長度或與所述導(dǎo)管的長度成小于45度的角的中心軸線。

可選地，所述角小于30度或小于20度。

投射至少一個光輸出可包括：產(chǎn)生沿著所述傳感器長度大體上對準(zhǔn)的光輸出；和反射所述光束以產(chǎn)生與所述傳感器長度成斜角和/或直角的所述至少一個光輸出。

所述導(dǎo)管可包括透明毛細(xì)管。

所述至少一個光源可包括以下各項中的至少一個：至少一個發(fā)光二極管；至少一個激光二極管；至少一個垂直外部腔表面發(fā)射激光器。

可在所述光學(xué)傳感器內(nèi)或上設(shè)置管道，所述管道定位以下各項中的至少一個：用于至少一個其它光學(xué)傳感器的至少一個光導(dǎo)；和從至少一個其它導(dǎo)管傳感器輸出的至少一個成像裝置。

所述體積可以是上氣道體積。

所述體積內(nèi)診斷關(guān)注的實(shí)質(zhì)性的橫截面可以是緣膜(velum)、口咽部、舌根和會厭。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例，其中：

圖1示出典型的上氣道和示例的橫截面；

圖2示出根據(jù)一些實(shí)施例的上氣道導(dǎo)管的第一示例；

圖3示出根據(jù)一些實(shí)施例的上氣道導(dǎo)管的第一示例的細(xì)節(jié)；

圖4示出根據(jù)一些實(shí)施例的如圖2和圖3中所示的第一示例上氣道導(dǎo)管的傳感器構(gòu)造；

圖5示出根據(jù)一些實(shí)施例的包括如圖2到圖4中所示的上氣道導(dǎo)管和數(shù)據(jù)處理單元的上氣道監(jiān)測系統(tǒng)；

圖6示出如由圖5中所示的上氣道監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的塌縮事件的示例；

圖7示出如實(shí)施在根據(jù)一些實(shí)施例的如圖2到圖4中所示的上氣道導(dǎo)管上的示例超聲傳感器；

圖8示出如實(shí)施在根據(jù)一些實(shí)施例的如圖2到圖4中所示的上氣道導(dǎo)管上的第一示例光學(xué)傳感器；

圖9示出如實(shí)施在根據(jù)一些實(shí)施例的如圖2到圖4中所示的上氣道導(dǎo)管上的第二示例光學(xué)傳感器；

圖10示出將軸向照亮圖案轉(zhuǎn)換成徑向照亮圖案的替代方式；

圖11示出基于圖9中所示的第二示例光學(xué)傳感器確定示例橫截面的尺寸；

圖12示出如實(shí)施在根據(jù)一些實(shí)施例的如圖2到圖4中所示的上氣道導(dǎo)管上的第三示例光學(xué)傳感器；

圖13示出適合于在如圖11中所示的第三示例光學(xué)傳感器中實(shí)施的視場反射的兩個示例；

圖14示出如實(shí)施在根據(jù)一些實(shí)施例的如圖2到圖4中所示的上氣道導(dǎo)管上的第四示例光學(xué)傳感器；

圖15示出適合于在根據(jù)一些實(shí)施例的如圖8到圖14中所示的示例光學(xué)傳感器中實(shí)施的光圖案的示例；

圖16示出適合于在根據(jù)一些實(shí)施例的如圖8到圖14中所示的示例光學(xué)傳感器中實(shí)施的彎曲輪廓的反射元件的示例；

圖17示出適合于在根據(jù)一些實(shí)施例的如圖8到圖14中所示的示例光學(xué)傳感器中實(shí)施的臺階式輪廓的反射元件的示例；

圖18示出如實(shí)施在根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的上氣道導(dǎo)管上的光學(xué)傳感器的第五示例；

圖19示出根據(jù)一些實(shí)施例的上氣道導(dǎo)管傳感器構(gòu)造的第二示例；并且

圖20示出根據(jù)一些實(shí)施例的上氣道導(dǎo)管傳感器構(gòu)造的第三示例；以及

圖21示出光學(xué)傳感器的第六示例。

具體實(shí)施方式

如本文中所體現(xiàn)的構(gòu)思是一種光學(xué)傳感器，所述光學(xué)傳感器可以應(yīng)用于柔性或半柔性導(dǎo)管中，所述導(dǎo)管可以放置到患者的上氣道中以在自然睡眠期間測量氣道幾何形狀的改變。這種導(dǎo)管可包括沿著導(dǎo)管間隔地分布的至少兩個傳感器，其中所述傳感器被配置成測量或觀察所述導(dǎo)管插入于其內(nèi)的體積的不同的實(shí)質(zhì)性的橫截面，在一些實(shí)施例中，所述橫截面是氣道的局部橫截面。在一些實(shí)施例中，這些傳感器的位置可以與關(guān)鍵的解剖位置或關(guān)注的診斷位置對準(zhǔn)(舉例來說，當(dāng)導(dǎo)管插入時，傳感器與緣膜(V)、口咽部(O)、舌根(T)和會厭(E)對準(zhǔn))。在一些實(shí)施例中，傳感器的數(shù)目和間隔使得可以直接測量或確定這些關(guān)鍵的解剖位置中的每一個處的氣道橫截面測量值。在一些實(shí)施例中，傳感器的數(shù)目和間隔使得可以在傳感器之間出現(xiàn)關(guān)鍵位置的這些關(guān)鍵的解剖位置處對氣道橫截面進(jìn)行插值計算。依據(jù)橫截面的變化，數(shù)據(jù)處理單元可被配置成計算關(guān)鍵的生理參數(shù)，諸如，窄化的百分比和/或窄化的構(gòu)造(舉例來說，窄化是前-后窄化、側(cè)向窄化還是圓形或徑向窄化)。在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元包括被配置成以可用格式向ENT專家呈現(xiàn)整晚測量的數(shù)據(jù)的用戶界面(UI)。舉例來說，在一些實(shí)施例中，UI可以被配置成產(chǎn)生諸如VOTE的公認(rèn)的上氣道分類方法，或者被配置成重放記錄的關(guān)鍵事件。在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)可以與其它傳感器(舉例來說，身體位置、氧飽和度、睡眠階段)集成或在一些實(shí)施例中在整個多導(dǎo)睡眠監(jiān)測(PSG)研究期間使用。以這種方式，所述系統(tǒng)可以提供氣道幾何形狀和睡眠參數(shù)之間的相關(guān)性，舉例來說，阻塞模式對睡眠階段/位置的依賴性或者塌縮模式導(dǎo)致最強(qiáng)的氧飽和度下降事件。在一些實(shí)施例中，單個的傳感器是用以測量氣道橫截面的光學(xué)(圖案化的光)傳感器或超聲傳感器，如下文將描述。實(shí)質(zhì)性的橫截面(substantial cross section)是其中觀察到被插入的體積的橫截面的大部分的橫截面。舉例來說，在一些實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)性的橫截面是其中觀察到橫截面的180度以上(或π弧度)的橫截面。因此，舉例來說，觀察到360度(或2π弧度)的整個橫截面或270到360度(或3/2π到2π弧度)之間的接近整個的橫截面是本文所描述的實(shí)施例的目標(biāo)。應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)質(zhì)性的橫截面應(yīng)被理解為并不僅限于提供對橫截面的實(shí)質(zhì)性的覆蓋區(qū)域進(jìn)行觀察的意義，而且還包含提供橫截面觀察的實(shí)質(zhì)性的范圍的意義。所述橫截面可以沿著體積延伸，以使其不僅僅是細(xì)線。

換句話說，在一些實(shí)施例中，觀察可以是對在所述體積的內(nèi)壁上的(光的)大體上連續(xù)的環(huán)形圖案的觀察中的一個。在這樣的實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)性的橫截面覆蓋區(qū)域和范圍通過觀察直接提供。然而，在一些實(shí)施例中，可以通過由大體上連續(xù)的傳感器觀察到的(光的)斷開的環(huán)形圖案、或由非連續(xù)的傳感器或傳感器陣列觀察到的(光的)大體上連續(xù)的環(huán)形圖案、或由非連續(xù)的傳感器或傳感器陣列觀察到的但提供實(shí)質(zhì)性的橫截面范圍的(光的)斷開的環(huán)形圖案來獲得實(shí)質(zhì)性的橫截面范圍。在這樣的實(shí)施例中，可以通過插值產(chǎn)生或確定實(shí)質(zhì)性的覆蓋區(qū)域。舉例來說，在一些實(shí)施例中，在所觀察的覆蓋區(qū)域中間隙小和/或規(guī)則地分布的情況下，這些值可以容易地“填充”或插值計算。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，光學(xué)和/或其它傳感器可被配置成觀察或可視化不僅僅是這個投射的環(huán)。舉例來說，傳感器可以被配置成觀察所述實(shí)質(zhì)性的橫截面以提供關(guān)于內(nèi)氣道壁的表面的更多信息。舉例來說，雖然觀察單個環(huán)的光學(xué)傳感器可以提供一維‘視圖’，換句話說，只提供環(huán)形圖像，但是在一些實(shí)施例中，所述傳感器可以被配置成提供具有實(shí)質(zhì)性的橫截面的二維或區(qū)域‘視圖’。舉例來說，這可以由鄰近的環(huán)形成的陣列并且對它們之間的空間進(jìn)行插值來提供，或者通過光學(xué)傳感器或?qū)?shí)質(zhì)性的橫截面范圍的二維區(qū)域進(jìn)行觀察和成像的另一傳感器(例如，超聲傳感器)來提供。

此外，在本文中所描述的實(shí)施例中，傳感器(尤其是，如本文中所描述的光學(xué)傳感器)被配置成位于導(dǎo)管內(nèi)并且沿著導(dǎo)管。這樣，所述光學(xué)傳感器被配置成(通過光圖案產(chǎn)生器)產(chǎn)生或投射與所述(局部)導(dǎo)管的長度方向成徑向投射角的至少一個光圖案到細(xì)長體積(光學(xué)傳感器插入到其中)的內(nèi)表面上。應(yīng)當(dāng)理解，徑向投射角可能是與所述局部導(dǎo)管的長度方向成直角，但也可以是相對于所述局部導(dǎo)管的長度方向的任何適合的斜角，并且優(yōu)選地是在導(dǎo)管的長度方向以及傳感器的長度方向的法線處居中的直角扇形內(nèi)的角。

關(guān)于圖1，示出在上氣道內(nèi)的標(biāo)示位置處具有典型橫截面的示例患者上氣道?；颊?被示出具有例如食道3、下咽部(或喉咽部或會厭)5、口咽部(或舌根)7、腭咽部9、近側(cè)鼻咽11和鼻腔13的橫截面位置。在示例性橫截面中，前-后方向是豎直的，而側(cè)向方向是水平的。

此外，關(guān)于圖2，示出了在根據(jù)一些實(shí)施例(換句話說，導(dǎo)管103在插入到患者體內(nèi)之后)的位置中的上氣道導(dǎo)管103的第一示例。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)管103可以插入穿過患者1的鼻子直到尾側(cè)處于食道中為止?？梢杂捎?xùn)練有素的護(hù)士或ENT專家在晚上或白天午睡之前插入。

圖2進(jìn)一步示出了如利用導(dǎo)管103在緣膜(或軟腭)9、口咽部7、舌頭6的根部和會厭5的限定位置處測量的橫截面的示例。在示例橫截面中，前-后方向是豎直的，并且側(cè)向方向是水平的。

導(dǎo)管103可包括被配置成測量在上氣道內(nèi)的限定結(jié)構(gòu)或位置處(或附近)的上氣道的橫截面的多個傳感器104。在一些實(shí)施例中，待觀察和監(jiān)測的這些結(jié)構(gòu)或位置可包括緣膜(或軟腭)5、口咽部7、舌根9和會厭11。

導(dǎo)管103可以是柔性的，其中導(dǎo)管103的整個長度可以移動或彎曲。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，導(dǎo)管103被配置成半柔性的，其中導(dǎo)管103的若干部件或部分是柔性的，而導(dǎo)管103的其它部件或部分是剛性或非柔性的，或半柔性的，其中導(dǎo)管103的若干部分的一些維度是柔性的，而一些維度是固定的或剛性的。

舉例來說，圖3示出了包括位于剛性傳感器104的部件之間的柔性非感測部件105的示例導(dǎo)管103。然后，導(dǎo)管的剛性傳感器104的部件可以被配置成測定由上氣道壁100限定的橫截面輪廓107。

在一些實(shí)施例中，導(dǎo)管103可以是可操縱的，其中柔性部件105或柔性導(dǎo)管103可在插入期間被主動地定向。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)管103可在插入期間被動地定向，其中導(dǎo)管響應(yīng)于與上氣道壁100接觸而撓曲或彎曲。

為了減輕患者的不適，導(dǎo)管103的直徑可以小于5mm，并且直徑可以小于或等于3mm。

在一些實(shí)施例中，為了更好地監(jiān)測具有不同氣道長度的不同患者的這些結(jié)構(gòu)，傳感器104的位置可以是可調(diào)整的。在這樣的實(shí)施例中，ENT專家可以基于先前的測量而為每一患者配置導(dǎo)管103。換句話說，在一些實(shí)施例中，導(dǎo)管103的傳感器104的間隔可以相對于彼此調(diào)整。舉例來說，在一些實(shí)施例中，導(dǎo)管103可包括在傳感器之間的伸縮的或可調(diào)整長度的部件或部分，以調(diào)整傳感器104的相對位置。在一些實(shí)施例中，傳感器104本身能夠在導(dǎo)管103的主體上移動。在一些實(shí)施例中，可以存在能根據(jù)患者的上氣道長度而選擇的各種長度(舉例來說，短、中和長)的導(dǎo)管103。

關(guān)于圖4，進(jìn)一步示出了根據(jù)一些實(shí)施例的第一示例導(dǎo)管103的構(gòu)造。如本文所描述的導(dǎo)管103包括被配置成位于患者的上氣道的緣膜9區(qū)域內(nèi)的第一或緣膜傳感器104₉、被配置成位于患者的上氣道的口咽部7區(qū)域內(nèi)的第二或口咽部傳感器104₇、被配置成位于患者的上氣道的舌根6區(qū)域內(nèi)的第三或舌根傳感器104₆和被配置成位于患者的上氣道的會厭5區(qū)域內(nèi)的第四或會厭傳感器104₅。

關(guān)于圖5，示出了適合于操作導(dǎo)管103的導(dǎo)管或監(jiān)測系統(tǒng)400的示例。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)管系統(tǒng)400可包括例如圖2到圖4所示的導(dǎo)管103，在一些實(shí)施例中，該導(dǎo)管103可以連接到數(shù)據(jù)處理單元(DataPU)401，并且在一些實(shí)施例中，該導(dǎo)管103可以經(jīng)由接口聯(lián)接件421連接到數(shù)據(jù)處理單元401內(nèi)的接口或收發(fā)器(Tx/Rx)413。數(shù)據(jù)處理單元401可包括被配置成接收傳感器104的數(shù)據(jù)并且確定或產(chǎn)生適合的橫截面信息的處理器403。此外，數(shù)據(jù)處理單元401可包括至少一個存儲器405，在一些實(shí)施例中，該存儲器405可以被細(xì)分為程序存儲器407，該程序存儲器407被配置成存儲用于由處理器403操作或執(zhí)行的指令，舉例來說，用于處理傳感器的數(shù)據(jù)以確定橫截面信息或結(jié)果的程序或指令。此外，在一些實(shí)施例中，至少一個存儲器405可包括被配置成存儲數(shù)據(jù)(例如，舉例來說，未處理的傳感器數(shù)據(jù))的數(shù)據(jù)存儲器409。此外，在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)存儲器409可以被配置成存儲被處理的數(shù)據(jù)，例如，在患者睡眠的持續(xù)時間期間由處理器403確定的橫截面信息。

在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可包括用戶界面(UI)411。用戶界面411可以是任何適合的用戶界面，舉例來說，被配置成使得能夠向系統(tǒng)的用戶顯示數(shù)據(jù)并且能夠顯示從用戶輸入的數(shù)據(jù)的觸摸屏顯示器。在一些實(shí)施例中，用戶界面411可包括單獨(dú)的數(shù)據(jù)顯示器和數(shù)據(jù)輸入裝置。因此，舉例來說，數(shù)據(jù)處理單元401可包括用于錄入數(shù)據(jù)輸入的鍵盤/小鍵盤和用于向ENT顯示數(shù)據(jù)的顯示器屏幕。

在一些實(shí)施例中，用戶界面411可以被配置成以可用格式向ENT專家呈現(xiàn)存儲在數(shù)據(jù)處理單元401內(nèi)的整晚測量的數(shù)據(jù)。舉例來說，在一些實(shí)施例中，UI 411可以被配置成產(chǎn)生諸如VOTE的公認(rèn)的上氣道分類方法，或者被配置成重放任何確定的(記錄的)關(guān)鍵事件。

在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以進(jìn)一步被配置成從其它傳感器接收數(shù)據(jù)。舉例來說，在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元可以被配置成從例如身體位置、氧飽和度、睡眠階段的傳感器接收數(shù)據(jù)。這個其它傳感器的數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步進(jìn)行時間編碼或與基于導(dǎo)管103的傳感器104的數(shù)據(jù)同步，使得在一些實(shí)施例中數(shù)據(jù)處理單元401可被配置成確定和/或顯示氣道幾何形狀與睡眠參數(shù)之間的任何相關(guān)性，舉例來說，阻塞模式對睡眠階段/位置的依賴性或者塌縮模式導(dǎo)致最強(qiáng)的氧飽和度下降事件。

在一些實(shí)施例中，可以在整個多導(dǎo)睡眠監(jiān)測(PSG)研究期間采用包括數(shù)據(jù)處理單元401和導(dǎo)管的導(dǎo)管系統(tǒng)400。

在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以被配置成從來自傳感器104的橫截面信息確定多個臨床相關(guān)的參數(shù)。舉例來說，在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以被配置成確定橫截面積，并且數(shù)據(jù)處理單元401可以依據(jù)所述橫截面積進(jìn)一步確定窄化的百分比。此外，在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以被配置成確定上氣道塌縮事件的構(gòu)造。舉例來說，上氣道塌縮事件主要是前-后(AP)、側(cè)向還是圓形塌縮。

應(yīng)當(dāng)理解，為了使任何測量值反映可能在自然睡眠期間發(fā)生的事件，重要的是導(dǎo)管不從外部移動，因為這會損害患者的睡眠。然而，在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以被配置成在插入期間以‘掃描’或‘插入’模式操作，其中當(dāng)插入導(dǎo)管時獲取氣道的3D圖像。在這樣的實(shí)施例中，3D圖像可以用于提供關(guān)于在隨后的整晚測量期間傳感器位于氣道中何處的精確信息。此外，由于導(dǎo)管位置可能隨時間(舉例來說，因為患者的移動)而稍微改變，所以在一些實(shí)施例中數(shù)據(jù)處理單元401可被配置成檢測傳感器的這種位移，并且在一些實(shí)施例中補(bǔ)償這些移動。

在一些實(shí)施例中，為了確定整個氣道圖像，可能需要最初將導(dǎo)管103插入得比整晚測量所需的更深，然后將其回縮以用于測量。此外，在一些實(shí)施例中，導(dǎo)管103在插入和測量操作期間確定或產(chǎn)生插入深度的測量值。

圖6中示出了如由數(shù)據(jù)處理單元401確定和顯示的前-后塌縮事件的示例，其中在左手側(cè)上示出了導(dǎo)管103處于原位的塌縮前的口咽部7的圖像，在右手側(cè)上示出了在導(dǎo)管處于原位的前-后塌縮的口咽部507的圖像。

在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以以有利于由ENT接收的形式準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。舉例來說，這可以是包括示出發(fā)生多少塌縮事件、塌縮事件的類型或構(gòu)造、何時發(fā)生塌縮事件以及塌縮事件與任何其它傳感器數(shù)據(jù)之間是否存在任何相關(guān)性的信息的摘要形式。因此，在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以訪問來自(若干)附加傳感器的數(shù)據(jù)以提供‘更豐富’的事件數(shù)據(jù)，例如，基于睡眠階段或針對塌縮類型的典型的氧飽和度下降測量值來確定塌縮的類型。

在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以產(chǎn)生或確定表示在任何確定的塌縮事件期間氣道形狀改變的‘3D’模型。此外，數(shù)據(jù)處理單元401可以使系統(tǒng)的用戶(例如，ENT)能夠重放某些事件。

因此，在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可被配置成構(gòu)建體積的模型?？梢曰谟晌挥趯?dǎo)管103上的傳感器提供的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生體積的模型。此外，數(shù)據(jù)處理單元401可以被配置(基于體積的模型或者由位于導(dǎo)管103上的傳感器提供的數(shù)據(jù))成產(chǎn)生適合于由ENT分析的臨床信息。在一些實(shí)施例中，臨床信息包括確定至少一個體積收縮或塌縮。此外，在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以基于確定至少一個體積收縮或塌縮而被配置成產(chǎn)生其它的臨床信息，例如，確定以下各項中的至少一個：所述至少一個收縮或塌縮的位置；所述至少一個體積收縮或塌縮的程度(嚴(yán)重度)；和所述至少一個體積收縮或塌縮的構(gòu)造。

所述至少一個體積收縮或塌縮的構(gòu)造是已知的術(shù)語，其描述了收縮或塌縮的主方向。舉例來說，如本文中所描述，收縮或塌縮的主方向可以是前-后(AP)收縮或塌縮、側(cè)向收縮或塌縮、或圓形收縮或塌縮。

應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以被配置成在一段時間內(nèi)產(chǎn)生這樣的臨床信息。舉例來說，數(shù)據(jù)處理單元401可以被配置成在夜晚或‘整個’夜晚監(jiān)視或確定所述臨床信息。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元可以被配置成對臨床信息按子時間周期進(jìn)行分類。舉例來說，適合的子時間周期可以是睡眠狀態(tài)周期和/或睡眠位置周期。

如本文中所描述，此外，數(shù)據(jù)處理單元401可以被配置成存儲所述臨床信息、所述至少一個體積塌縮(以及與所述至少一個體積塌縮或收縮相關(guān)的特征或描述，例如，所述至少一個體積塌縮或收縮的位置、程度(嚴(yán)重度)和構(gòu)造)。

類似地，數(shù)據(jù)處理單元可以被配置成重放所存儲的臨床信息。

如本文中所描述，舉例來說，用戶界面可以顯示所確定/存儲/重放的臨床信息。舉例來說，用戶界面可以被配置成以所述至少一個體積塌縮(以及與所述至少一個體積塌縮或收縮相關(guān)的特征或描述，例如，所述至少一個體積塌縮或收縮的位置、程度(嚴(yán)重度)和構(gòu)造)的形式顯示所述臨床信息。

用于這樣的氣道導(dǎo)管103的傳感器104面臨許多限制，這些限制需要重大的設(shè)計技能以便實(shí)現(xiàn)成功的結(jié)果。

如本文中所討論，導(dǎo)管103和傳感器104的直徑必須≤5mm，并且優(yōu)選≤3mm以確保患者接受。此外，在一些實(shí)施例中，傳感器是剛性的而非柔性的，傳感器的長度必須被限制以確保傳感器通過鼻子。因此，在一些實(shí)施例中，剛性傳感器的長度應(yīng)該不超過2cm，并且優(yōu)選地，剛性傳感器的長度應(yīng)當(dāng)≤1cm。

如關(guān)于圖2到圖5中的導(dǎo)管103所示，所述導(dǎo)管必須以使得多個傳感器集成到柔性導(dǎo)管(的中間)中的方式配置。舉例來說，這避免了對所有傳感器104實(shí)施的典型的光纖內(nèi)窺鏡設(shè)計，因為在沿著導(dǎo)管103的長度定位的傳感器中向前的方向上的視場將被導(dǎo)管阻擋。

在一些實(shí)施例中，連接到外部的任何傳感器104被配置成足夠小以不與其它傳感器104沖突或干擾。

在一些實(shí)施例中，傳感器104被配置成被封裝起來，因此易于清潔。類似地，在一些實(shí)施例中，傳感器104被配置成使得唾液或粘液的薄層不應(yīng)阻止傳感器工作或產(chǎn)生不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，傳感器104被配置成以足夠快的速率操作以檢測塌縮。類似地，在一些實(shí)施例中，傳感器104被配置成以足夠快的速率操作，以檢測(并且使得數(shù)據(jù)處理單元401在一些實(shí)施例中能夠濾除)氣道的其它運(yùn)動，例如，舉例來說，呼吸運(yùn)動。

在一些實(shí)施例中，傳感器104被配置成在不需要機(jī)械掃描或移動的情況下操作。這是因為導(dǎo)管103(或內(nèi)部)的任何移動可能使患者不會入睡或喚醒患者，并且因為機(jī)械布置傾向于使傳感器易碎。

關(guān)于圖7，示出了第一示例傳感器。在一些實(shí)施例中，被配置成測量氣道的橫截面尺寸的傳感器是圍繞導(dǎo)管103布置的超聲換能器604中的至少一個或陣列。為了保持導(dǎo)管的直徑盡可能小，在一些實(shí)施例中，超聲換能器604可以是‘小型’超聲換能器，舉例來說，CMUT(電容式微加工超聲換能器)。在一些實(shí)施例中，CMUT 604可以在柔性基底上制造，并且因此在一些實(shí)施例中，傳感器104包括圍繞導(dǎo)管103的超聲換能器604的環(huán)，所述環(huán)被配置成測定多個方向上的上氣道的橫截面。應(yīng)當(dāng)理解，(若干)超聲換能器604將與介質(zhì)(通常是上氣道中的空氣)阻抗匹配，以實(shí)現(xiàn)聲波的最佳出耦合。

在一些實(shí)施例中，傳感器104可由滿足上述要求的光學(xué)傳感器來實(shí)施。

如本文中所描述的光學(xué)傳感器可以被配置成包括產(chǎn)生光圖案(舉例來說，光環(huán))的光學(xué)元件、用以將光圖案和/或成像裝置(舉例來說，攝像機(jī))的視場(FOV)引導(dǎo)到導(dǎo)管側(cè)部的一個或多個反射元件(舉例來說，反射錐體)(應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，反射元件可以集成到光圖案產(chǎn)生元件中)、成像裝置(舉例來說，具有大視場的微型攝像機(jī))。

在一些實(shí)施例中，為了能夠確定橫截面測量值，光學(xué)元件、(若干)反射元件和成像裝置具有固定的幾何關(guān)系。

此外，在一些實(shí)施例中，被配置成產(chǎn)生光圖案的光學(xué)元件經(jīng)由光纖連接到激光二極管。在其它實(shí)施例中，激光二極管可以包含在所述傳感器內(nèi)。

在如本文中所描述的一些實(shí)施例中，光纖、光學(xué)元件、(若干)反射元件和成像裝置都被集成到塑料或玻璃元件中，所述塑料或玻璃元件是(部分地)透明的以允許光圖案照亮上氣道并且成像裝置(攝像機(jī))看到氣道壁上的光圖案，并且所述塑料或玻璃元件保護(hù)傳感器。

此外，在一些實(shí)施例中，處理成像裝置的輸出以便獲得氣道橫截面的信息。

關(guān)于圖8，示出了示例光學(xué)傳感器的橫截面視圖。在一些實(shí)施例中，示例光學(xué)傳感器被配置成通過在氣道內(nèi)產(chǎn)生光圖案(例如，環(huán))來測量氣道的橫截面尺寸，該光圖案由成像裝置(舉例來說，由小型攝像機(jī))從不同位置捕捉。以這種方式，在一些實(shí)施例中，光圖案在氣道壁上投射的圖像可以通過使用所產(chǎn)生的光圖案與成像裝置之間的固定的幾何學(xué)來實(shí)現(xiàn)氣道形狀的重建。

如圖8中所示的光學(xué)傳感器位于導(dǎo)管103內(nèi)的透明毛細(xì)管704內(nèi)。此外，光學(xué)傳感器包括光纖，所述光纖被配置成將光束傳輸?shù)轿挥诠饫w端部處的梯度折射率(GRIN)透鏡703。GRIN透鏡703(或任何其它適合的透鏡構(gòu)造)被配置成產(chǎn)生在透明毛細(xì)管704內(nèi)投射到也在所述透明毛細(xì)管內(nèi)的反射錐體707的表面上的光束(激光光束)705。反射錐體707被配置成反射光，以使其穿過透明毛細(xì)管704并且產(chǎn)生投射到氣道壁100上的環(huán)形圖案709。

因此，這個示例利用結(jié)構(gòu)化光源。不是產(chǎn)生毯式照明，而是形成所需形狀的光束，例如，圓形環(huán)。這使得能夠在所述內(nèi)壁上形成特定的照亮線。這可以用于距離測量，以便在該位置處重建所述內(nèi)壁的形狀的圖像。結(jié)構(gòu)光源可包括激光二極管。

在圖8中示為位于毛細(xì)管704外部的成像裝置或設(shè)備(例如，小型攝像機(jī)713)在與光束705相同的方向上大體上對準(zhǔn)。其被配置成具有視場711，視場711大致沿著與光束相同的方向(即，平行于導(dǎo)管軸線并因此平行于光學(xué)傳感器的總體上細(xì)長的軸線)定向。因此，攝像機(jī)具有大體沿著這個方向定向的視場，即，其具有大體上平行于導(dǎo)管細(xì)長方向的中心軸線。憑借攝像機(jī)視場的角寬度，能夠捕捉包括環(huán)形圖案709在氣道壁100上的投影的圖像。此外，由成像裝置或攝像機(jī)713產(chǎn)生的圖像可被配置成將圖像數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)處理單元401。

已經(jīng)接收到圖像數(shù)據(jù)并且在光學(xué)元件(透鏡703)、反射元件(反射錐體707)與成像裝置(攝像機(jī)713與攝像機(jī)視場711)之間確定幾何關(guān)系的情況下，數(shù)據(jù)處理單元401可以被配置成分析所捕捉的圖像數(shù)據(jù)和環(huán)形圖案以確定(或重建或產(chǎn)生)氣道橫截面的尺寸。

關(guān)于圖9，示出了第二示例光學(xué)傳感器的橫截面視圖。第二示例光學(xué)傳感器與第一示例光學(xué)傳感器的不同之處在于，成像裝置或攝像機(jī)813位于透明毛細(xì)管或玻璃管804內(nèi)，使得傳感器的直徑能夠減小并且產(chǎn)生沒有在導(dǎo)管103的另一側(cè)上到成像裝置的位置的‘盲區(qū)’的圖像(換句話說，不需要導(dǎo)管103在限定或特定的方向上定向，以防止導(dǎo)管遮蔽成像裝置)。

如圖9中所示的光學(xué)傳感器位于導(dǎo)管103內(nèi)的透明毛細(xì)管或玻璃管804內(nèi)。此外，光學(xué)傳感器包括光纖802，光纖802被配置成將光束傳輸?shù)轿挥谠诠饫w端部處的梯度折射率(GRIN)透鏡803。GRIN透鏡803(或任何其它適合的透鏡構(gòu)造)被配置成產(chǎn)生在玻璃管804內(nèi)(并且通常在沿著玻璃管804的方向上)投射到也在玻璃管804內(nèi)的反射錐體807的表面上的光束(激光光束)。反射錐體807被配置成反射光，以使其通過玻璃管804的壁并且產(chǎn)生投射到氣道壁100上的環(huán)形圖案809。成像裝置或設(shè)備(例如，在圖9中示出的位于玻璃管804內(nèi)的小型攝像機(jī)813)在與光束的路徑相反的方向上大體上對準(zhǔn)。其再次配置成具有視場811并且能夠捕捉包括環(huán)形圖案809在氣道壁100上的投影的圖像。此外，由成像裝置或攝像機(jī)813產(chǎn)生的圖像可以被配置成將圖像數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)處理單元401。

如本文中關(guān)于圖8和圖9所示的光學(xué)傳感器的第一示例和第二示例可以被認(rèn)為是“前視傳感器”，因為成像裝置與導(dǎo)管103大體上對準(zhǔn)并且因此與透明毛細(xì)管或玻璃管布置結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)。它們都使用反射錐體將來自軸向方向的產(chǎn)生圖案的光重定向到徑向方向。

圖10中所示出的替代方案利用全內(nèi)反射。因此，在本申請中使用的術(shù)語“反射元件”應(yīng)當(dāng)被理解為不限于鏡面反射，而是包含全內(nèi)反射。

雖然再次提供光學(xué)錐體817，但其包括具有比周圍更高的折射率的透明材料。沿著導(dǎo)管軸線方向定向的入射光821被提供到錐體的基部(垂直于導(dǎo)管軸線方向)。光不經(jīng)歷折射，因為空氣與錐體的界面是垂直的。

然后，光在由錐形圓錐面限定的內(nèi)部錐體與空氣的邊界處經(jīng)歷全內(nèi)反射。這是因為錐體材料的錐角和折射率被選擇成在錐形內(nèi)表面處引起全內(nèi)反射。在反射之后，光傳播到內(nèi)錐面的徑向相反部分，其中入射角更接近于法線。然后，光在與最初入射方向成90度的方向上(在使光彎折遠(yuǎn)離法線的界面處的折射之后)從錐體射出。這個90度的角不是必要的，并且出射方向可以不是完全徑向的。

舉例來說，入射光821再次從光纖的直切面端部處的梯度折射率透鏡接收。這個透鏡可以具有大約0.25mm的寬度。

錐體817由折射率為n的主體形成，并且具有滿足以下兩個要求的頂錐半角α：

-sinα～ncos(3α)

cosα>1/n

現(xiàn)在將基于圖10中所示的角度關(guān)系導(dǎo)出這些。到全內(nèi)反射面的入射角是(90-α)度。假定錐體在空氣中的臨界角是：

sinθ_c＝1/n

因此，對于全內(nèi)反射：

(90-α)>θ_c

sin(90-α)>1/n，以使得cosα>1/n

被反射的光在第二面(相對于法線)上具有3α-90度的入射角。這在圖10中示意性地示出。對于垂直于入射角的出射光，出射角需是角度α。

使用斯涅耳定律且在對于錐體周圍的空氣來說n＝1的情況下，這給出：

sin(3α-90)/sinα＝1/n

-cos3α/sinα＝1/n

這給出：

-sinα＝ncos(3α)。

由具有n＝1.49的塑料制成的錐體的一個示例是α＝38.2度。舉例來說，PMMA具有1.49的折射率?？梢允褂镁哂性?.3至1.6的范圍的典型折射率的其它透明聚合物或玻璃。

出射光不必是完全徑向的。可以通過偏離-sinα＝ncos(3α)來實(shí)現(xiàn)不同的出射角。舉例來說，選擇滿足以下關(guān)系的n和α的值可能是適合的：

-0.9sinα/cos(3α)<n<-1.1sinα/cos(3α)

這也假定錐體在空氣中。在錐形面上可以存在涂層，所述涂層將改變出射面處的折射率差，并且這還可改變角度與折射率之間的所需關(guān)系(其中值n成為邊界處的折射率比)。舉例來說，涂層可以具有如虛線823所示出的圓柱形外部形狀，以使得在出口處不存在折射，但是錐體與涂層之間的界面處的角度變化被改變。

在一些實(shí)施例中，成像裝置(例如，攝像機(jī))具有≥90°的視場，以便減小傳感器的幾何長度。如本文中所描述，光圖案產(chǎn)生元件(被配置成準(zhǔn)直來自光纖的光并將光束引導(dǎo)到反射錐體的末端上的GRIN透鏡)產(chǎn)生圍繞導(dǎo)管的環(huán)形圖案。此外，第二示例包括沿著相同的光學(xué)軸線固定的成像裝置(攝像機(jī))、反射錐體和GRIN透鏡(與其中成像裝置相對于光圖案產(chǎn)生元件的光學(xué)軸線偏移的第一示例相反)。

應(yīng)當(dāng)理解，成像裝置(攝像機(jī))與反射錐體之間的距離被確定，以使得投射到氣道壁上的光圖案在用于典型氣道尺寸的攝像機(jī)的視場內(nèi)。舉例來說，攝像機(jī)到錐體的距離通常在2cm與1cm之間。

在一些實(shí)施例中，玻璃管或透明毛細(xì)管在兩側(cè)連接到(不透明的)柔性導(dǎo)管部件。在這些柔性導(dǎo)管部件內(nèi)，可以包含傳輸由成像裝置(攝像機(jī))產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)的線纜或連接件和光纖。在一些實(shí)施例中，光纖聯(lián)接或連接到被配置成產(chǎn)生可見光的激光二極管，而在一些實(shí)施例中‘?dāng)z像機(jī)線纜’被配置成聯(lián)接成像裝置(攝像機(jī))和數(shù)據(jù)處理單元401。

在一些實(shí)施例中，由數(shù)據(jù)處理單元401接收的圖像首先被處理以確定是否存在干擾或模糊投射到氣道壁上的環(huán)形圖案的任何靜態(tài)和/或動態(tài)的反射圖案。然后，在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以減去所確定的靜態(tài)和/或動態(tài)反射圖案以產(chǎn)生更清楚的環(huán)形圖案。然后，在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以跟蹤圖像上的光圖案，并且確定當(dāng)環(huán)形圖案出現(xiàn)在圖像上時在環(huán)形圖案的若干點(diǎn)處與光學(xué)軸線的角度。然后，在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以依據(jù)基本的幾何形狀確定到氣道壁的距離。舉例來說，如圖11中所示，其中攝像機(jī)913在攝像機(jī)(成像裝置)913與錐體(環(huán)形圖案產(chǎn)生器)907之間的限定距離901處在光學(xué)軸線900上，并且確定的環(huán)角度(攝像機(jī)角度)903、距光學(xué)軸線的氣道壁距離905可以根據(jù)以下表達(dá)式確定：

氣道壁距離＝攝像機(jī)-錐體的距離*tan(攝像機(jī)角度)。

因此氣道壁距離通過三角測量獲得。

應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，氣道壁距離可以根據(jù)任何適合的方式來確定。舉例來說，在一些實(shí)施例中，對于具有固定的視場和變焦設(shè)定的攝像機(jī)來說，氣道壁距離可以由所述環(huán)與攝像機(jī)或成像裝置的光學(xué)中心之間的成像像素的數(shù)目來確定。

在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以確定環(huán)角度(攝像機(jī)角度)以及整個圖像環(huán)的氣道壁距離。在一些實(shí)施例中，通過按扇區(qū)到扇區(qū)進(jìn)行取樣并且在基于扇區(qū)的氣道壁距離計算值之間進(jìn)行插值計算來確定環(huán)角度(攝像機(jī)角度)和氣道壁距離。在一些實(shí)施例中，舉例來說，對于向下穿過傳感器的更遠(yuǎn)的傳感器來說，氣道的一些部分被(舉例來說)攝像機(jī)線纜或光纖遮蔽或者在其陰影中，那么在一些實(shí)施例中數(shù)據(jù)處理單元可對缺失的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行插值計算。

關(guān)于圖12，示出了第三示例光學(xué)傳感器的橫截面視圖。第三示例光學(xué)傳感器與前兩個示例光學(xué)傳感器的不同之處在于，成像裝置或攝像機(jī)811聯(lián)接到被配置成將‘前視傳感器’轉(zhuǎn)換成‘側(cè)視傳感器’的第二反射元件。

因此，這個設(shè)計具有背對背的第一反射元件和第二反射元件，其中它們的反射表面面向外。

使用兩個反射元件能夠用三角測量來測量徑向距離。兩個反射器之間的軸向間距是三角形的底邊。然后，可以將光被接收到攝像機(jī)中的角度(由被接收的光在視場內(nèi)的位置確定)與三角形的底邊組合，以上文所解釋的方式導(dǎo)出徑向距離(即，氣道壁距離＝錐體-錐體的距離*tan(入射角)。

‘側(cè)視傳感器’使得傳感器能夠測量更大的最大氣道壁距離，而不需要更長的傳感器。如從表達(dá)式(氣道壁距離＝攝像機(jī)-錐體的距離*tan(攝像機(jī)角度))可示出，最大氣道壁距離是基于成像裝置的最大視場范圍和攝像機(jī)與錐體之間的距離而固定的，因此，為了增加可以用于任何單個攝像機(jī)測量的最大氣道壁距離，那么需要增加攝像機(jī)-錐體的距離或攝像機(jī)的視場。此外，如在復(fù)雜地形成的氣道中，通過在一些實(shí)施例中采用第二反射元件(其在圖12中所示的示例中是錐形的)，環(huán)形圖案可被更接近于攝像機(jī)的氣道結(jié)構(gòu)模糊或遮蔽，在前視傳感器中附近的‘陰影’效應(yīng)可以被改進(jìn)。

如圖12中所示的光學(xué)傳感器位于導(dǎo)管103內(nèi)的透明毛細(xì)管或玻璃管1004內(nèi)。此外，光學(xué)傳感器包括光纖，所述光纖被配置成將光束傳輸?shù)轿挥诠饫w端部處的梯度折射率(GRIN)透鏡1003。GRIN透鏡1003(或任何其它適合的透鏡構(gòu)造)被配置成產(chǎn)生在玻璃管1004內(nèi)(并且通常在沿著玻璃管1004的方向上)投射到也在玻璃管1004內(nèi)的反射錐體1007的表面上的光束(激光光束)1105。反射錐體1007被配置成反射光，以使其通過玻璃管1004的壁并且產(chǎn)生投射到氣道壁100上的環(huán)形圖案1009。成像裝置或設(shè)備(例如，在圖12中示為位于玻璃管1004內(nèi)并且在與光束的路徑相反的方向上大體上對準(zhǔn)的小型攝像機(jī)1013)被配置成具有由第二反射錐體1012限定的視場1111，并且能夠捕捉包括環(huán)形圖案1009在氣道壁100上的投影的圖像。此外，由成像裝置或攝像機(jī)1013產(chǎn)生的圖像可以被配置成將圖像數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)處理單元401。

關(guān)于圖13，示出了‘側(cè)視’光學(xué)傳感器構(gòu)造的兩個樣式。左手側(cè)的“側(cè)視”光學(xué)傳感器構(gòu)造(例如，在如圖12中所示的光學(xué)傳感器內(nèi)實(shí)施的)使得成像裝置或攝像機(jī)1013與第二反射元件或反射錐體1012之間的距離被設(shè)置成使得攝像機(jī)的(大體上)整個視場1011被偏轉(zhuǎn)到側(cè)部。相比之下，在右手側(cè)示出的‘混合’傳感器中，第二反射元件或反射錐體1112放置在距成像裝置或攝像機(jī)1113一定距離處，以使得攝像機(jī)視場的一部分偏轉(zhuǎn)到側(cè)部1111b，但是保留了實(shí)質(zhì)性的未偏轉(zhuǎn)部分1111a。

在一些實(shí)施例中，‘混合’傳感器具有優(yōu)于‘前向傳感器’和‘側(cè)向傳感器構(gòu)造’的某些優(yōu)點(diǎn)。由反射錐體1107的第一反射元件偏轉(zhuǎn)的光束1105在氣道上產(chǎn)生環(huán)形圖案1109。如本文中所描述的偏轉(zhuǎn)視場可以被用于檢測氣道壁是否距傳感器相對較遠(yuǎn)，并且未偏轉(zhuǎn)的視場可以被配置成檢測何時氣道壁非常接近于傳感器。

此外，在一些實(shí)施例中，成像裝置(攝像機(jī)1113)和第二反射元件或反射錐體1112的配置可以被布置成使得在反射的FOV區(qū)域與直射的FOV區(qū)域之間的覆蓋區(qū)域中存在重疊部分。在覆蓋區(qū)域中的這個重疊部分可以被配置成用于其中攝像機(jī)的FOV最大的攝像機(jī)圖像的拐角。在其中氣道壁落在這個重疊部分內(nèi)的實(shí)施例中，在攝像機(jī)上看到兩次環(huán)的部分，一次相對于被偏轉(zhuǎn)的FOV并且再次在直射的FOV中看到。在一些實(shí)施例中，這種‘雙’環(huán)確定結(jié)果可以用作檢測何時傳感器被分泌物過度覆蓋或模糊的錯誤指示標(biāo)記以正常工作。

關(guān)于圖14，示出了第四示例光學(xué)傳感器的橫截面視圖。第四示例光學(xué)傳感器與第三示例光學(xué)傳感器的不同之處在于，透鏡元件和反射元件由模制塑料(或其它機(jī)加工的透明材料)桿內(nèi)的氣隙產(chǎn)生，而不是使用插入到玻璃管或透明毛細(xì)管中的GRIN透鏡和反射元件產(chǎn)生。因此，第四示例光學(xué)傳感器更便宜并且更容易制造，從而需要更少的部件完全對準(zhǔn)。此外，在植入這樣的傳感器的實(shí)施例中，照明或光束通過更少的界面，因此產(chǎn)生更少的寄生反射。舉例來說，在關(guān)于圖8、圖9和圖12所示出的示例中，光通過兩個空氣-玻璃(或空氣-塑料)界面(毛細(xì)管壁)，所述界面產(chǎn)生多個反射并且可能使得難以識別攝像機(jī)圖像上的真實(shí)環(huán)形圖案(特別是如果分泌物的存在產(chǎn)生具有反射的其它界面)。

因此，如圖14中所示，通過采用固體玻璃或塑料桿，錐體和/或圖案產(chǎn)生元件被模制、機(jī)加工或切割到其中?？梢远x‘固體傳感器’。

圖案產(chǎn)生器和成像系統(tǒng)兩者的反射元件由具有內(nèi)部腔室(其限定兩個錐面)的這個固體主體限定，所述內(nèi)部腔室具有比固體主體的材料低的折射率。

如圖14中所示的‘固體’傳感器包括對如所示的通過接頭1206對接在一起的玻璃或塑料桿1215進(jìn)行模制、機(jī)加工或切割而形成兩個元件。第一玻璃或塑料桿包括兩個充滿空氣的腔室或中空部1296，其中的每一個限定一光學(xué)部件。第一中空部限定第一透鏡形狀1203并且被配置成經(jīng)由光纖尾纖1299接收光纖1202。第二中空部限定被配置成反射光束以產(chǎn)生投射到氣道壁上的環(huán)形圖案1209的第一反射元件或錐形形狀1207。第二玻璃或塑料桿包括用于反射成像裝置(或攝像機(jī)1213)的視場的第二反射元件或錐形中空部1212。在一些實(shí)施例中，如果桿的折射率和錐角是適合的，那么在錐體-空氣邊界處發(fā)生全內(nèi)反射，并且錐形切口的功能類似于反射錐體。替代地，在一些實(shí)施例中，施加附加的反射層以產(chǎn)生反射表面。

成像裝置或攝像機(jī)1213可以通過第二玻璃或塑料桿定位或?qū)?zhǔn)在傳感器內(nèi)，所述第二玻璃或塑料桿具有攝像機(jī)裝配于其內(nèi)的成像裝置或攝像機(jī)洞、中空部或孔。因此，成像裝置被配置成具有由第二反射元件或錐形中空部1212限定的視場1211，以捕捉包括環(huán)形圖案1209在氣道壁上的投影的圖像。此外，由成像裝置或攝像機(jī)1213產(chǎn)生的圖像可以被配置成將圖像數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)處理單元401。

此外，盡管關(guān)于圖14所示的示例示出了兩件式或兩元件的‘固體’傳感器部件或部分，但應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，‘固體’傳感器由任何適合數(shù)目的零件或元件形成。

在一些實(shí)施例中，如本文中所討論的固體傳感器包括在接頭1206處使用任何適合的膠粘合在一起的兩個透明玻璃或塑料的固體桿。

在一些實(shí)施例中，為了將線纜和光纖引導(dǎo)到其它傳感器，所述桿被劃刻或開槽。

盡管如圖14中所示的示例固體傳感器是側(cè)視傳感器，但是應(yīng)當(dāng)理解，前視傳感器也可以以固體傳感器的構(gòu)造來實(shí)施。

在如本文中所討論的示例中，投射到氣道壁上的光環(huán)大體上是整個環(huán)。然而，在一些實(shí)施例中，所投射的光圖案可以比簡單的環(huán)更復(fù)雜。在這樣的實(shí)施例中，光圖案可以提供對氣道更好或更穩(wěn)健的重建。因此，在一些實(shí)施例中，通過實(shí)施或采用衍射光學(xué)元件(DOE)板或箔片來產(chǎn)生光圖案。在這樣的實(shí)施例中，定制的DOE可以在傳輸?shù)墓馐挟a(chǎn)生幾乎任意的衍射圖案。在圖15中示出了一些示例，如箔圖案1301、1303、1305和1307的板所示出。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，DOE的實(shí)施方案可以以任何適合的方式執(zhí)行。舉例來說，如圖15的左手側(cè)所示出，傳感器可以配置成具有位于GRIN透鏡與反射錐體之間的DOE箔或柵格1311。替代地，在一些實(shí)施例中，DOE箔或柵格1313可以位于錐形反射錐體周圍，例如，圖15的右手側(cè)所示。在這個示例中所示出的DOE產(chǎn)生3個同心環(huán)。在這樣的實(shí)施例中，附加的環(huán)可以用于改進(jìn)可測量到的氣道壁的距離的精度。盡管圖15中所示出的示例示出了在側(cè)視傳感器內(nèi)實(shí)施的DOE箔或柵格，但是應(yīng)當(dāng)理解，DOE箔或柵格可包含在如本文中所討論的‘前視傳感器’或‘固體傳感器’示例內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，可以采用全息元件(舉例來說，全息晶體或全息聚合物元件)在照亮?xí)r產(chǎn)生全息(或復(fù)雜)光圖案。

在如本文中所討論的示例中，反射元件(或反射錐體)被描述為直錐體，換句話說，反射表面是線性的。然而，在一些實(shí)施例中，反射表面可以是非直的(或者換句話說，是不連續(xù)的或非線性的)，以便整合附加功能。

舉例來說，關(guān)于圖16，示出了包括用以反射成像裝置或攝像機(jī)1413的視場的反射錐體1412的傳感器，所述反射錐體被配置成具有彎曲的反射表面。應(yīng)當(dāng)理解，傳感器的視場1423通常限于攝像機(jī)的視場1421，然而，通過采用具有內(nèi)凹側(cè)的反射錐體，可增加傳感器的視場并且產(chǎn)生與添加凹透鏡相同的效果，但沒有附加成本和對準(zhǔn)問題。凹反射錐體形狀可以相對于根據(jù)‘前視傳感器’、‘側(cè)視傳感器’的反射錐體或者‘固體傳感器’實(shí)施例的任一實(shí)施方案來實(shí)施。在光束反射錐體表面為凹面的‘前視傳感器’實(shí)施例中的傳感器中，實(shí)施凹錐體以增加視場是特別有利的，因為在更大視場的情況下，可構(gòu)建更短的傳感器且不損害可測量到的最大氣道壁距離。

在一些實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)理解，可以實(shí)施彎曲錐體，以便替換用于產(chǎn)生提供投射的環(huán)的光束的GRIN(或其它)透鏡。

在一些實(shí)施例中，反射元件或反射錐體可包括臺階狀的直邊但具有不同的角度。舉例來說，通過實(shí)施具有不同角度的臺階狀反射表面作為光束反射元件，可以產(chǎn)生更復(fù)雜的光圖案，而不是簡單的錐形。舉例來說，在例如圖17中所示出的一些實(shí)施例中，來自GRIN透鏡1503的光被具有兩個角度的臺階式錐體1507反射，以產(chǎn)生兩個環(huán)的光圖案。對應(yīng)地選擇具有適當(dāng)?shù)膸缀翁匦缘姆瓷溴F體1512以提供足夠?qū)捯圆蹲剿兴a(chǎn)生的環(huán)圖案的所投射的攝像機(jī)1513視場。

盡管示出了產(chǎn)生具有兩個反射角的錐體的單個臺階變化，但是應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，可以實(shí)施一個以上的臺階變化。此外，應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，通過在成像裝置的反射元件上實(shí)施凸臺階變化，那么可以產(chǎn)生重疊的覆蓋區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)如本文中所討論的錯誤檢測操作。

根據(jù)圖18中所示的導(dǎo)管傳感器的另一示例實(shí)施例，攝像機(jī)1513和GRIN透鏡1503被彼此偏移地布置在相同的徑向平面中。攝像機(jī)具有中心軸線與導(dǎo)管中心軸線對準(zhǔn)的視場，并且攝像機(jī)錐體1512因此也與導(dǎo)管中心軸線對中。光散射錐體1507還接收平行于導(dǎo)管細(xì)長軸線但是相對于中心軸線偏移的入射光。攝像機(jī)錐體1512和光散射錐體面向相同的縱向方向。如從圖18可以看出，這通過采用尺寸遠(yuǎn)小于相應(yīng)的攝像機(jī)錐體1512的光散射錐體1507并且通過將所述光散射錐體安裝在攝像機(jī)1513的視場之外的從導(dǎo)管的中心徑向地移位的點(diǎn)處來實(shí)現(xiàn)。

光從GRIN透鏡1503朝向光反射錐體1507的表面?zhèn)鞑?。光反射錐體具有適于反射所有入射光的表面，以使其以相對于導(dǎo)管縱向軸線的垂直(即，徑向)角從導(dǎo)管射出。所反射的徑向光束在周圍的氣道壁處投射環(huán)形圖案1509。

由于光散射錐體1507垂直地反射光，所以其偏心位置對所產(chǎn)生的環(huán)形圖案1509的徑向?qū)ΨQ性沒有影響。舉例來說，這將與適于在一定角度范圍內(nèi)反射光的錐體形成對比，其中偏心定位將產(chǎn)生環(huán)形圖案，所述環(huán)形圖案在圍繞氣道的圓周的不同點(diǎn)處具有不同的寬度。

結(jié)合大體上平行于導(dǎo)管縱向軸線的來自GRIN透鏡1503的入射傳播矢量，光反射錐體1507可適于通過(舉例來說)采用相對于所述縱向軸線具有45度的傾斜度的錐形表面來產(chǎn)生徑向傳播。在這種布置的情況下，從透鏡入射的光以法向于導(dǎo)管的表面的角度(即，在徑向方向上)從45度的錐體表面反射。

同時，攝像機(jī)錐體1512將由傳感器的視場1523限定的并且由環(huán)形圖案1509照亮的氣道的環(huán)形部分的圖像投射到(水平)攝像機(jī)1513的視場中。這樣的布置大體上與關(guān)于圖12到圖17所示的導(dǎo)管傳感器的先前實(shí)施例描述的那些相同。

所產(chǎn)生的傳感器視場1523理想地足夠?qū)捯阅依ōh(huán)形圖案1509，同時足夠窄以排除捕捉光散射錐體1507。在這個實(shí)施例的一些示例中，攝像機(jī)錐體1512可以在大約126度的頂點(diǎn)處具有表面傾斜角。在該角度下，舉例來說，錐體能夠?qū)D像從與導(dǎo)管103的外周邊相距0.32與29.7mm之間的徑向距離處的表面投射到攝像機(jī)1513。這是基于3mm的導(dǎo)管外徑，并且是投射視場1523與環(huán)形圖案1509重疊的徑向距離的范圍。在這個示例中，導(dǎo)管的剛性傳感器部分可以具有大約10mm的長度。當(dāng)然，通過更改各種尺寸、角度和相對位置，不同的設(shè)計是可能的。

如光路徑1514所示出，攝像機(jī)1513(作為可選特征)具有足夠?qū)捯圆蹲絹碜郧懊娓h(yuǎn)處的光的視場。這使得能夠使用基于環(huán)形圖案的距離測量以及基于光1514的常規(guī)成像來進(jìn)行輪廓映射。這使得能夠進(jìn)行雙向觀看。

光反射錐體1507可以是鏡面反射錐體(例如，鋁)，或者其可以是如上面參考圖10所解釋的全內(nèi)反射錐體(其中末端面向相反方向)。

這個示例示出了光源和光源反射器不需要與中心導(dǎo)管軸線對準(zhǔn)。類似地，圖像傳感器和圖像傳感器反射器不需要沿著中心軸線對準(zhǔn)。因此，成像系統(tǒng)可以偏離中心，或者實(shí)際上兩個單元都可以偏離中心。不同的設(shè)計將給出使用可用空間的不同方式。

以示例方式，每一光學(xué)傳感器可以具有相對于導(dǎo)管方向偏移高達(dá)45度的傳感器長度，其中圖像傳感器具有中心軸線偏移高達(dá)這個45度的視場。可選地，所述角小于30度或小于20度。

目的可以是形成非垂直的圖像切片。如果圖像傳感器反射器提供90度的反射，以使得圖像切片不垂直，并且然后反射的接收光偏離軸線，那么將是這種情況。

不能保證導(dǎo)管的自然形狀穿過上氣道管腔的中心線。代之以通常在傳感器軸線與中心線之間存在微小的角度。為了對此進(jìn)行校正，內(nèi)部傳感器部件可以旋轉(zhuǎn)。通過提供偏軸布置，可以通過旋轉(zhuǎn)導(dǎo)管來掃描傳感器周圍的局部區(qū)域。這也可以是找到照亮環(huán)確實(shí)(幾乎)垂直于中心線的取向的方式。附加自由度還可以用于適應(yīng)局部的解剖結(jié)構(gòu)。作為示例，對于一定范圍的垂直橫截面來說，小舌阻擋照亮環(huán)的一部分。引入一角度使得照亮環(huán)能夠延伸到氣道的越過小舌的相反側(cè)：

通常，非零角度產(chǎn)生較長的輪廓。假設(shè)管腔是圓柱形的并且導(dǎo)管在中心，那么輪廓從圓形變?yōu)闄E圓形，因此擴(kuò)大了輪廓長度。

在前-后方向上或在側(cè)向方向上可能期望有故意的傾斜。

關(guān)于圖19，示出了在導(dǎo)管上的傳感器布置的第二或其它構(gòu)造。在這樣的實(shí)施例中，不是如圖4中所示出的，將有限數(shù)目個傳感器104定位或放置在上氣道導(dǎo)管103上，以使得傳感器與特別關(guān)注的區(qū)域(例如，緣膜(V)9、口咽部(O)7、舌根(T)6和會厭(E)5)對準(zhǔn)，而是導(dǎo)管1603包括沿著導(dǎo)管1603分布的多個傳感器104₁₃，以使得關(guān)注的整個長度覆蓋有傳感器104₁₃。在這樣的實(shí)施例中，可以以使得間隔足夠小以獲得氣道的代表性表示而不管氣道的尺寸的方式來選擇傳感器104₁₃。此外，在這樣的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元401可以被配置成通過對相鄰的傳感器橫截面進(jìn)行插值來插值計算氣道中未被傳感器104₁₃直接覆蓋的給定位置處的橫截面。

關(guān)于圖20，示出了導(dǎo)管上的傳感器布置的第三構(gòu)造。

在這樣的實(shí)施例中，導(dǎo)管1703被配置成具有被定位成分別提供在緣膜9、口咽部7和舌根6區(qū)域中的氣道橫截面信息的傳感器104₅、104₇、104₉。然而，為了提供關(guān)于會厭5區(qū)域的更多信息，并且此外，為了防止導(dǎo)管可能與會厭接觸的任何咽反射，導(dǎo)管1703包括在導(dǎo)管的末端中特定地監(jiān)視會厭5的下視傳感器104₁₅。在這樣的實(shí)施例中，導(dǎo)管1703將因此是恰好在會厭5之前結(jié)束的較短導(dǎo)管。在一些實(shí)施例中，‘會厭’傳感器104₁₅可包括具有限定的光圖案1701的光圖案產(chǎn)生元件和成像裝置(例如，用于在光圖案下對會厭成像的攝像機(jī))。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，‘會厭’傳感器104₁₅可以是被配置成從導(dǎo)管1703的末端或端部產(chǎn)生會厭的‘視圖’的超聲換能器的二維陣列。換句話說，導(dǎo)管傳感器構(gòu)造使得在這樣的實(shí)施例中存在位于導(dǎo)管的遠(yuǎn)部端部處的至少一個傳感器以及沿著導(dǎo)管間隔分布的至少兩個傳感器，其中所述至少一個傳感器被配置成觀察或測量毗鄰導(dǎo)管的遠(yuǎn)端的體積(例如，如本文中所討論的氣道)。

盡管本文中關(guān)于圖20所示的示例示出了類似于第一示例的傳感器布置或構(gòu)造，例如圖4中所示出，但是具有“會厭”傳感器，但是，應(yīng)當(dāng)理解，所述傳感器布置或構(gòu)造可以類似于第二示例，例如圖19中所示出，其中端部傳感器被‘會厭’傳感器替換。

上述示例利用用于每一成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化光源，以便在正被成像的體積的內(nèi)表面上產(chǎn)生照亮線(或更復(fù)雜的照亮圖案)。結(jié)構(gòu)化光產(chǎn)生單元的相對復(fù)雜性有助于整個裝置的成本。理想地，用于上部的導(dǎo)管應(yīng)該是一次性的可棄式產(chǎn)品。

圖21示出了不使用相對昂貴的結(jié)構(gòu)化光的簡化樣式。相反，導(dǎo)管采用可在市場上獲得的具有嵌入式光源的攝像機(jī)2103。

兩個攝像機(jī)2103被布置為一個前視攝像機(jī)和一個后視攝像機(jī)。它們提供具有基本上對應(yīng)于攝像機(jī)視場的輸出的毯狀非結(jié)構(gòu)化照明。因此，攝像機(jī)的照明范圍和視場由附圖標(biāo)記2105表示。如所示，攝像機(jī)2013在導(dǎo)管103內(nèi)部。視場的照明方向和中心軸線與導(dǎo)管方向?qū)?zhǔn)，但是具有徑向范圍，以使得管100的內(nèi)壁被照亮和成像。

為了這個目的，攝像機(jī)具有寬的視角。它們被包含在柔性和透明的導(dǎo)管103內(nèi)。攝像機(jī)包含嵌入式LED照明單元，以使得攝像機(jī)可以記錄所關(guān)注的上氣道的若干部分。因此，光產(chǎn)生器是成像裝置的組成部分，并且產(chǎn)生非圖案化的光輸出。

攝像機(jī)2013之間的距離是已知的。由于攝像機(jī)同時從相反方向記錄上氣道的動態(tài)，所以與在平行于導(dǎo)管的相同方向上看的攝像機(jī)的狀況相比較，可以更好地跟隨上氣道窄化的演變?；诮Y(jié)構(gòu)的相對運(yùn)動和由兩個攝像機(jī)示出的之間的差異，可以得到關(guān)于窄化位置的空間信息。

在所有不同的示例中，如上所述的裝置用于獲得在一組位置處的圖像或距離輪廓。導(dǎo)管可以被準(zhǔn)確地定位，以使得所關(guān)注的特定區(qū)域被成像。導(dǎo)管可以以已知方式錨定在適當(dāng)位置，以確保維持正確的位置。

在本文中所示的示例中，與醫(yī)療導(dǎo)管相關(guān)地描述了光學(xué)傳感器。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，所述光學(xué)傳感器可以在用于監(jiān)測橫截面區(qū)域或管道、任何適合形狀或大小的導(dǎo)管的任何適合的傳感器陣列構(gòu)造內(nèi)并且沿著其實(shí)施。舉例來說，在一些實(shí)施例中，所述光學(xué)傳感器可以在用于觀察或檢查橫截面一致性的體積內(nèi)布放的傳感器陣列內(nèi)實(shí)施。因此，在管線或管道經(jīng)受可能導(dǎo)致管道內(nèi)的流動收縮的外部壓力的情況下，所述光學(xué)傳感器可以提供對任何塌縮或收縮位置的指示。

應(yīng)注意，上文所提及的實(shí)施例例示性地解釋了(而非限制)本發(fā)明，并且所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠在不背離所附權(quán)利要求范圍的情況下設(shè)計許多替代性實(shí)施例。在權(quán)利要求中，置于括號內(nèi)的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)理解為對權(quán)利要求進(jìn)行限制。詞語“包括”并不排除除列于權(quán)利要求中的元件或步驟之外的其它元件或步驟的存在。出現(xiàn)在元件前面的詞語“一”和“一個”并不排除多個這類元件的存在。所述實(shí)施例可以借助于包括幾個不同元件的硬件來實(shí)施。在列出幾種裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的幾個可以用同一個硬件來實(shí)施。事實(shí)上在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載某些措施并不表示不能有利地利用這些措施的組合。此外，在所附的權(quán)利要求中，包括“以下中的至少一個：A；B；和C”的列舉應(yīng)解釋為(A和/或B)和/或C。