三維立體電子食管鏡系統的製作方法
2023-09-16 14:37:55
專利名稱：三維立體電子食管鏡系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於醫用器械，具體涉及一種利用多CXD陣列進行立體影像重構的三維立體電子食管鏡系統。
背景技術：
CCD (Charge-Coupled Device，電荷耦合器件)是可用於立體相機的一種重要組成部分。它是一種光敏半導體器件，其上的感光單元將接收到的光線轉換為電荷量，而且電荷量大小與入射光的強度成正比。CCD圖像傳感器的技術極為成熟，可以根據需要拼接成任何形狀的陣列。1999年富士公司推出超級CCD技術，在與普通CCD相同面積和感光單元數目的情況下，其解析度提高60%，動態範圍提高130%，色彩再現能力提高40 %，能耗下降 40%，進一步提高了 CXD的功能。CXD的感光單元尺寸不斷在減少，目前已經有報導的感光單元尺寸僅為0. 5 μ m，進入了亞微米時代，CCD將會圍繞著高解析度、高讀出速度、低成本、 微型化、結構優化、多光譜應用和3D照相等方面進一步發展。矩陣排列的感光單元構成的面陣CXD可傳感圖像。C⑶現在被廣泛應用於數位相機和數碼攝像機中，同時也在天文望遠鏡、掃描儀和條形碼讀取器中有應用。「嫦娥二號」使用96條線CCD陣列對同一目標採樣， 最後把信號全都累加。很暗的目標、解析度很高的目標，「嫦娥二號」都能照出來，其解析度能達到1米。目前所使用的內窺鏡，可以分為單目和雙目鏡，單目內窺鏡是由一個光學系統成像，醫生可以通過目鏡端直接使用眼睛進行觀察，但是由於是單目鏡，只能獲得物體一個角度的影像，就像使用單個眼睛看物體一樣的效果，物體缺乏立體感和距離感。醫生使用單目內窺鏡進行手術，由於單目鏡成平面的圖像，缺乏立體的感知，所以需依賴醫生的技術水平。一些體視內窺鏡，使用的是雙目鏡結構，其內窺鏡前端可以是一個鏡頭或者兩個鏡頭，物體的影像通過兩個目鏡輸出，醫生通過雙目鏡可以觀察到與人眼類似物體的立體影像，也可以通過連接特殊的處理主機和顯示器，通過處理主機的處理，可以在顯示器中顯示立體的影像，但是這種影像也是單角度的，具有一定的局限性。雙目鏡立體內窺鏡雖然能得到類似人眼觀察物體的立體感覺，但由於人體腔體的局限，也不能立體地反映出整個手術區域的立體全貌，所以醫生在使用現行的內鏡進行手術時，都要受到視覺上的制約，對於手術的開展和提高病症的治癒率有一定的限制。現有技術中，還沒有將CCD陣列概念與食管鏡結合起來一起應用，因此，為了得到食管腔內清晰的三維立體影像，設計一種將多CCD陣列技術與食管鏡結合的內鏡技術迫在眉睫。
實用新型內容本實用新型克服了現有技術中的缺點，提供了一種三維立體電子食管鏡系統，能在手術過程中對食管道進行立體三維重構，幫助醫護人員了解腔內病變狀況，為制定處理方案提供更好的圖像依據。為了解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的一種三維立體電子食管鏡系統，包括軟質電子食管鏡，該軟質電子食管鏡包括軟質工作端部，該軟質工作端部設有進行三維立體掃描拍攝、顯示全景三維立體圖像，並對食管進行立體影像重構的多CXD陣列模塊，所述多CXD陣列模塊包括至少一設於該軟質工作端部先端部前端面的第一 CCD陣列，以及至少一設於軟質工作端部先端部外圓表面的第二 CCD陣列。進一步，所述軟質工作端部的先端部外圓周面套設有旋轉圓環載體，所述第二 CCD 陣列設於該旋轉圓環載體上，所述先端部的前端面和旋轉圓環載體上設有測距器。進一步，所述軟質工作端部還設有器械通道，其內徑小於等於3. 0mm。進一步，所述第一 CXD陣列至少包括2個CXD元件，每個CXD元件對應一組鏡頭。進一步，所述第二 CXD陣列至少包括一組CXD陣列，一組CXD陣列包括至少2個 CXD元件及對應的鏡頭，每組鏡頭的視場角至少90°。進一步，所述軟質工作端部的外徑小於等於20mm，其先端部長度為8_12mm。進一步，所述軟質工作端部設有氣囊，該氣囊工作的直徑小於等於200mm。進一步，還包括外部固定支架，該外部固定支架包括精密移動裝置、支架和固定夾具，該精密移動裝置通過電機驅動，該精密移動裝置通過支架、固定夾具和所述軟質工作端部固接。進一步，所述軟質電子食管鏡還連接有處理數據用的處理主機，以及工作站組件， 所述工作站組件與處理主機通過數據線連接，工作站組件包括監視器，工作站主機以及控制部件。進一步，所述處理主機的核心部分採用高速的中央處理器和高性能顯卡，用於接收和處理軟質電子食管鏡返回的圖像信息和測距器的數據組成的數據包，通過分析數據包的各種數據，對腔體圖像進行立體重構，還原腔體的立體三維圖像。進一步，三維立體電子食管鏡系統的使用方法(1)軟質電子食管鏡的軟質工作端部經病人口腔內導入，緩慢進入食管；(2)通過多CCD陣列模塊對食管進行直線和旋轉的掃描拍攝，同時即對食管進行三維立體掃描拍攝、顯示全景三維立體圖像、並對食管進行立體影像重構。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是本實用新型對食管道體進行環形和線性的影像拍攝，經處理主機的綜合處理，得到食管道的三維立體影像，並將測出的數據傳輸到處理主機進行集中處理重構，重現食管道內的立體環境，食管道的立體圖像對於醫生以多角度觀察其內在的病變及研究其環境， 制定最合理有效的處理方案，具有實際意義。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。
圖1是本實用新型的三維立體電子食管鏡系統示意圖；圖加是本實用新型的軟質電子食管鏡的結構圖；圖2b是本實用新型的軟質電子食管鏡的結構圖；[0027]圖3是本實用新型的軟質電子食管鏡的先端部示意圖；圖4是本實用新型的軟質電子食管鏡的先端部多CCD陣列模塊剖面示意圖；圖5是本實用新型的三維立體電子食管鏡系統的外部固定支架結構示意圖；圖6是本實用新型的三維立體電子食管鏡系統的臨床應用示意圖。
具體實施方式
如
圖1所示，本實用新型所述的三維立體電子食管鏡系統，包括軟質電子食管鏡 1、外部固定支架2、處理主機3、光源主機5、工作站組件等，工作站組件包括工作站主機4， 控制部件6，監視器7和外部設備8等。處理主機3的核心部分採用高速的中央處理器和高性能顯卡，用於接收和處理軟質電子食管鏡返回的圖像信息和測距器的數據組成的數據包，通過分析數據包的各種數據，對腔體圖像進行立體重構，還原腔體的立體三維圖像。工作站組件與處理主機3通過數據線連接，工作站組件包括監視器，主機，控制部件(鍵盤滑鼠等)，外部設備(外部儲存器、印表機等)。工作站組件的功能是顯示處理主機輸出的三維立體圖像，分析、儲存數據和列印相關資料等。圖加是本實用新型的軟質電子食管鏡的結構圖，軟質電子食管鏡1包括軟質工作端部11、控制手把部分13、數據接頭端15、器械通道12等，其器械通道12內徑小於等於 3. 0mm。軟質電子食管鏡1的軟質工作端部11採用軟質纖維材料製造，其前端具有主動彎曲的功能，控制部件131設置在控制手把部分13。軟質工作端部11能承受一定的夾取壓力，外部固定支架2的固定夾具23與軟質工作端部11配合，可以控制軟質工作端部11以一定的速度運動，配合先端部的多C⑶陣列模塊(151、152、153、154)進行食管道9的掃描拍攝。軟質電子食管鏡1的軟質工作端部11，外徑小於等於20mm，其前端IOmm為先端部， 先端部設計有多CCD陣列模塊(151、152、153、巧4)、光導纖維部分159、器械通道出口 131。 參閱圖2b，先端部後面設計一個氣囊14，氣囊14工作的直徑小於等於200mm，其作用是固定軟質電子食管鏡1在食管道9內的位置，為進行食管道9的掃描拍攝創造條件。如圖3所示為本實用新型所述的軟質電子食管鏡1的先端部示意圖。軟質電子食管鏡1的先端部設計有多多CCD陣列模塊(151、152、153、巧4)、光導纖維部分159和氣囊 14，光導纖維部分159提供軟質電子食管鏡1前端和圓形端面觀察必要的亮度，氣囊14充氣後的最大直徑小於等於100mm。如圖4，結合圖3所示的是本實用新型所述的軟質電子食管鏡1的先端部示意圖和剖面圖，所述的多多CXD陣列模塊，包括先端部端面的第一 CXD陣列151和測距器152，先端部外圓表面的第二 CXD陣列153及其測距器154。先端部端面的第一 CXD陣列151，其內部結構最少包括2個CXD元件，CXD元件線性排列，每個CXD對應一組鏡頭，能同時對同一個腔內部分成像，每組鏡頭的視場角至少90°，CCD陣列至少具有每秒拍攝5張的速度。測距器152利用雷射或者聲波等的反射原理，對腔體距離、深度進行距離的測定。測距器152 的工作頻率與CCD陣列的工作頻率一致，保證數據同步，利於進行立體重建。先端部外圓表面的第二 CXD陣列153，至少包括一組CXD陣列，一組CXD陣列包括至少2個CXD元件及對應的鏡頭，能同時對同一個腔內部分成像，每組鏡頭的視場角至少90°，CXD陣列至少具有每秒拍攝5張的速度。一組CXD陣列的適當位置配置一個測距器，其工作頻率與CXD陣列的工作頻率一致，保證數據同步，以利於進行立體重建。第二 CXD陣列153安裝在能以工作端部11主軸做旋轉運動的旋轉圓環載體155上，能對腔體進行旋轉的CCD影像拍攝，旋轉圓環載體155旋轉的速度與外部固定支架2的運動速度成比例，以保證腔體內的影像能進行多角度的無縫結合。先端部端面的第一 CCD陣列151和測距器152為固定形式，第一 CCD 陣列151的視場角最少90°，其作用主要是拍攝內鏡前端的三維圖像；先端部外圓表面的第二 CCD陣列153和測距器巧4安裝在內鏡先端部的可以繞內鏡工作端部主軸旋轉的旋轉圓環載體巧5上，旋轉圓環載體155通過配合固定在內鏡內部的固定機構158，可以與固定機構158進行平滑的相對旋轉運動，第二 CXD陣列153和測距器154的數據也通過適當傳輸方式經數據線156傳輸至處理主機，旋轉圓環載體155的動力來自於內鏡先端部的微型馬達157，通過傳動結構提供旋轉圓環載體繞固定機構158旋轉的能量。如圖5所示為本實用新型所述外部固定支架2的結構簡圖。外部固定支架2的作用是配合軟質電子食管鏡1進行腔體的CCD陣列掃描，其移動速度與軟質電子食管鏡1先端部的多CCD陣列(153、154)旋轉掃描拍攝速度成比例。其結構包括固定夾具23、支架22、 精密移動裝置21。固定夾具23用於緊密固定軟質電子食管鏡1的內鏡主體部分，支架22 連接固定夾具23與精密移動裝置21，精密移動裝置21使用高性能的電機驅動，電機的運動速度由處理工作站主機4統一控制。精密移動裝置21傳動方式不限，可以採用絲杆傳動或者導軌傳動，精密移動裝置21固定在剛性平臺之上。如圖6所示為本實用新型所述的三維立體電子食管鏡系統的臨床應用示意圖。軟質電子食管鏡1連接冷光源主機5及處理主機3，工作站組件(4、6、7、8)處於正常工作狀態，軟質電子食管鏡1的軟質工作端部11從病人口腔內導入，緩慢進入食管道9，要對食管道9進行三維立體的掃描拍攝，則需要固定住先端部，可以通過膨脹氣囊14使得先端部固定在食管道9中間部分，軟質工作端部11固定在外部固定支架2的固定夾具23上，軟質電子食管鏡1的數據接頭15端外接處理主機3和光源主機5，工作站4與處理主機3和外部固定支架2通過數據線連接。對食管道9進行三維立體掃描的過程中應儘量保持食管道9 的狀態穩定，同時啟動軟質電子食管鏡的多CCD陣列模塊(151、152、153、154)和外部固定支架2，在多C⑶陣列模塊(151、152、153、154)對食管道9進行直線和旋轉的掃描拍攝的同時，外部固定支架2做勻速的移動，其速度與第二 CCD陣列153的旋轉成比例，測距器將實時測量先端部的CXD陣列與食管道組織的精確距離，多CXD陣列模塊(151、152、153、154) 和測距器的數據包通過數據線傳輸至處理主機3、工作站4進行計算處理，傳輸至工作站組件的監視器7進行三維立體圖像的顯示。本實用新型並不局限於上述實施方式，如果對本實用新型的各種改動或變形不脫離本實用新型的精神和範圍，倘若這些改動和變形屬於本實用新型的權利要求和等同技術範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變形。
權利要求1.一種三維立體電子食管鏡系統，包括軟質電子食管鏡，該軟質電子食管鏡包括軟質工作端部，其特徵在於該軟質工作端部設有進行三維立體掃描拍攝、顯示全景三維立體圖像，並對食管進行立體影像重構的多CXD陣列模塊，所述多CXD陣列模塊包括至少一設於該軟質工作端部先端部前端面的第一 CCD陣列，以及至少一設於軟質工作端部先端部外圓表面的第二 CXD陣列。
2.根據權利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統，其特徵在於所述軟質工作端部的先端部外圓周面套設有旋轉圓環載體，所述第二 CCD陣列設於該旋轉圓環載體上，所述先端部的前端面和旋轉圓環載體上設有測距器。
3.根據權利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統，其特徵在於所述軟質工作端部還設有器械通道，其內徑小於等於3. 0mm。
4.根據權利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統，其特徵在於所述第一CCD陣列至少包括2個CXD元件，每個CXD元件對應一組鏡頭。
5.根據權利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統，其特徵在於所述第二CCD陣列至少包括一組CXD陣列，一組CXD陣列包括至少2個CXD元件及對應的鏡頭，每組鏡頭的視場角至少90°。
6.根據權利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統，其特徵在於所述軟質工作端部的外徑小於等於20mm，其先端部長度為8-12mm。
7.根據權利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統，其特徵在於所述軟質工作端部設有氣囊，該氣囊工作的直徑小於等於200mm。
8.根據權利要求1至7任一項所述的三維立體電子食管鏡系統，其特徵在於還包括外部固定支架，該外部固定支架包括精密移動裝置、支架和固定夾具，該精密移動裝置通過電機驅動，該精密移動裝置通過支架、固定夾具和所述軟質工作端部固接。
9.根據權利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統，其特徵在於所述軟質電子食管鏡還連接有處理數據用的處理主機，以及工作站組件，所述工作站組件與處理主機通過數據線連接，工作站組件包括監視器，工作站主機以及控制部件。
10.根據權利要求9所述的三維立體電子食管鏡系統，其特徵在於所述處理主機的核心部分採用高速的中央處理器和高性能顯卡，用於接收和處理軟質電子食管鏡返回的圖像信息和測距器的數據組成的數據包，通過分析數據包的各種數據，對腔體圖像進行立體重構，還原腔體的立體三維圖像。
專利摘要本實用新型屬於醫用器械，具體涉及一種三維立體電子食管鏡系統，包括軟質電子食管鏡，該軟質電子食管鏡包括軟質工作端部，該軟質工作端部設有進行三維立體掃描拍攝、顯示全景三維立體圖像，並對食管進行立體影像重構的多CCD陣列模塊，多CCD陣列模塊包括至少一設於該軟質工作端部先端部前端面的第一CCD陣列，以及至少一設於軟質工作端部先端部外圓表面的第二CCD陣列，本實用新型對食管道體進行環形和線性的影像拍攝，得到食管道的三維立體影像，並將測出的數據傳輸到處理主機進行集中處理重構，重現食管道內的立體環境，食管道的立體圖像對於醫生以多角度觀察其內在的病變及研究其環境，制定最合理有效的處理方案，具有實際意義。
文檔編號A61B1/273GK201987538SQ20112003350
公開日2011年9月28日 申請日期2011年1月31日 優先權日2011年1月31日
發明者喬鐵 申請人:廣州寶膽醫療器械科技有限公司