用於醫用內鏡光譜染色照明的LED光源及照明方法與流程
2023-05-03 09:09:16
本發明涉及一種醫用器材，具體涉及一種用於醫用內鏡光譜染色照明的led光源。本發明還涉及一種用於醫用內鏡光譜染色照明的led照明方法。
背景技術：
傳統內窺鏡用冷光源分滷素、氙燈、led等光源驅動裝置，其中滷素燈光源造價成本較低，但由於顯色指數不高僅能滿足一般內鏡照明需求，氙燈光源色溫及顯色指數能基本滿足內窺鏡照明需求，但其造價高耗能也高且壽命短也制約了其在內鏡上的應用，目前普通led照明技術雖然取得了很大的進步，但在顯色指數上尚難滿足內鏡高清晰高對比度的需求。
近些年內窺鏡攝像技術取得了長足的進步，圖像清晰度、對比度都得到了很大的提升，在普通的白光照明下，形態和顏色明顯改變的病灶(如凸起的腫塊和凹陷的潰瘍)都能清晰的顯像。但對於微小的、扁平的早期癌變和異性增生等不易診斷甚至造成漏診。近些年國外內鏡公司大量引用了諸如色素內鏡、電子分光、窄帶成像、光活檢、螢光成像等技術，大大提高了早期癌變的診斷水平。
研究表明，可見光譜中，光子滲透到黏膜組織的深度與照射光源的波長有關，波長越短滲透到粘模組織的深度越淺，此外，血紅蛋白是吸收可見光的主要物質，對藍光、綠光吸收率高，對紅光基本不吸收。
有研究表明，消化道黏膜表面的淺表毛細血管對415nm的藍光吸收率高，而皮下微血管對540nm的綠光吸收率高。
內鏡用普通光源的波長覆蓋範圍為400nm-800nm，對於普通成像有著很好的照明，但不能提高黏膜層毛細血管和皮下微血管的成像對比度。而利用窄帶成像、電子染色成像內鏡成功的解決了上述問題。
日本某公司推出的窄帶照明成像技術是採用了窄帶幹涉藍/綠濾光片，產生中心波長分別是415nm,540nm，帶寬為30nm的藍/綠窄帶光波的nbi照明系統。但這個系統也存在一些缺陷：
1、胃腸道病變與黏膜下血管走行改變並不完全相關。
比如一些有惡變傾向的息肉，在理論上講，它們表面黏膜形態的改變要比黏膜內血管走行的改變明顯得多，而這是nbi無法看到的。
2、血色素吸收窄帶波並改變顏色。
nbi的原理即是用血色素的光譜吸收作用突出顯示顏色。當胃內或結腸內存在一些糜爛、潰瘍(這是胃腸道疾病極其常見的病變)，糜爛/潰瘍面上常會有出血點，這些點將在nbi上顯示得過於明顯。這一缺點將掩蓋其他病變的發現，比如腺管開口的改變。
3、只有當確切的明確病變位置以後，nbi才可被打開，否則將影響正常胃腸鏡檢查的進行。
4、nbi是基於單一模式的窄帶波長設計的，這意味著nbi檢查的結果在食管和結腸是不同的。
5、nbi的技術設計是用濾片濾光，如果需要進行技術升級，則需升級硬體，花費較大。
6、nbi需要配合變焦放大內鏡才有好的效果。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種用於醫用內鏡光譜染色照明的led光源及照明方法，能夠滿足高清電子胃腸鏡使用的高色溫、高顯色指數的白光光源和智能化設置的特殊診斷的色素光譜光源，用於消化道和其它器官的傳統內鏡觀察、治療和早期癌變的觀察診斷需求。
為了解決以上技術問題，本發明提供了一種用於醫用內鏡光譜染色照明的led光源，包括：led光源組件、led驅動、組合控制器、電源、風扇、氣泵、導光棒、合色透鏡；
所述的led光源組件，與所述的led驅動連接，用於發光照明，所述的led光源組件包含led組合，所述的led組合包括白光led、紅光led、綠光led和藍光led；
所述的led驅動，與所述的組合控制器連接，用於驅動所述的led光源組件；
所述的組合控制器，與所述的氣泵進行連接，用於控制氣泵的壓力；
所述的電源，與所述led光源組件、所述led驅動、所述組合控制器、所述風扇和所述氣泵連接，用於提供工作電壓；
所述合色透鏡，設置於所述led光源組件出光端，用於將4色光勻色、勻光及光路耦合；
所述導光棒，設置於所述合色透鏡的出光端，用於導光形成照明光路。
優選地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led光源，所述的led組合中：所述白光led的波長為400-780nm，所述紅光led的波長為617-630nm，所述綠光led的波長為520-530nm，所述藍光led的波長為450-460nm。
進一步地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led光源，所述的led光源組件還包括散熱器和風扇。
進一步地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led光源，所述氣泵為可分級調節的靜音氣泵。
進一步地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led光源，所述的組合控制器還與液晶觸控螢幕及通訊接口連接；
所述液晶觸控螢幕用於：(1)操作光源的開關，亮度的手動/自動調節；(2)切換預先設置的白光/混合光照明普通白光、黏膜下層血管增強、黏膜層表面增強、扁平病灶輪廓增強等模式及醫生自定義模式；(3)控制氣泵的壓力；
所述通訊接口，用於與圖像處理器連接接受頻閃照明時的同步信號、自動照明控制信號以及混合照明時給予圖像處理器的色譜控制信號，為改善拍攝移動時圖像模糊，照明時間間隔與cmos採集觸發頻率形態同步。
本發明還公開了一種用於醫用內鏡光譜染色照明的led照明方法，包括如下步驟：
(1)將白光led、紅光led、綠光led和藍光led進行混光；
(2)控制所述白光led、所述紅光led、所述綠光led和所述藍光led的色溫、強度進行照明。
優選地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led照明方法，步驟(1)所述白光led的波長為400-780nm，所述紅光led的波長為617-630nm，所述綠光led的波長為520-530nm，所述藍光led的波長為450-460nm。
進一步地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led照明方法，步驟(2)各色照明led的強度利用調節佔空比的方式調節。
更進一步地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led照明方法，步驟(2)利用觸控顯示面板進行操作，具體包括：
(21)操作光源的開關，亮度的手動/自動調節；
(22)切換預先設置的白光/混合光照明普通白光、黏膜下層血管增強、黏膜層表面增強、扁平病灶輪廓增強等模式及醫生自定義模式；
(23)控制氣泵的壓力。
更進一步地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led照明方法，系統有預先設置好的白光和混合光模式，具體包括：普通白光、黏膜下層血管增強、黏膜層表面增強、扁平病灶輪廓增強等模式及醫生自定義模式。
本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led光源，能夠滿足高清電子胃腸鏡使用的高色溫、高顯色指數的白光光源和智能化設置的特殊診斷的色素光譜光源，用於消化道和其它器官的傳統內鏡觀察、治療和早期癌變的觀察診斷需求。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。
圖1是本發明的系統硬體原理方框圖；
圖2是rgbled和wled峰值光譜圖。
圖中的附圖標記為：1、led光源組件；11、led組合；12、散熱器；13、風扇；2、led驅動；3、組合控制器；4、液晶觸控螢幕；5、電源；6、風扇；7、氣泵；8、導光棒；9、合色透鏡。
具體實施方式
實施例一
如圖1所示，本發明提供了一種用於醫用內鏡光譜染色照明的led光源，包括：led光源組件1、led驅動2、組合控制器3、電源5、風扇6、氣泵7、導光棒8、合色透鏡9；
所述的led光源組件1，與所述的led驅動2連接，用於發光照明，所述的led光源組件1包含led組合11，所述的led組合11包括白光led、紅光led、綠光led和藍光led；
所述的led驅動2，與所述的組合控制器3連接，用於驅動所述的led光源組件1；
所述的組合控制器3，與所述的氣泵7進行連接，用於控制氣泵的壓力；
所述的電源5，與所述led光源組件1、所述led驅動2、所述組合控制器3、所述風扇6和所述氣泵7連接，用於提供工作電壓；
所述合色透鏡9，設置於所述led光源組件1出光端，用於將4色光勻色、勻光及光路耦合；
所述導光棒8，設置於所述合色透鏡9的出光端，用於導光形成照明光路。
優選地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led光源，所述的led組合11中：所述白光led的波長為400-780nm，所述紅光led的波長為617-630nm(例如625nm)，所述綠光led的波長為520-530nm(例如525nm)，所述藍光led的波長為450-460nm(例如450nm)。
進一步地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led光源，所述的led光源組件1還包括散熱器12和風扇13，所述氣泵7為可分級調節(可以分成三級)的靜音氣泵。
進一步地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led光源，所述的組合控制器3還與液晶觸控螢幕4及通訊接口連接；
所述液晶觸控螢幕4用於：(1)操作光源的開關，亮度的手動/自動調節；(2)切換預先設置的白光/混合光照明普通白光、黏膜下層血管增強、黏膜層表面增強、扁平病灶輪廓增強等模式及醫生自定義模式；(3)控制氣泵的壓力；
所述通訊接口，用於與圖像處理器連接接受頻閃照明時的同步信號、自動照明控制信號以及混合照明時給予圖像處理器的色譜控制信號，為改善拍攝移動時圖像模糊，照明時間間隔與cmos採集觸發頻率形態同步。
本發明還公開了一種用於醫用內鏡光譜染色照明的led照明方法，包括如下步驟：
(1)將白光led、紅光led、綠光led和藍光led進行混光；
(2)控制所述白光led、所述紅光led、所述綠光led和所述藍光led的色溫、強度進行照明。
優選地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led照明方法，步驟(1)所述白光led的波長為400-780nm，所述紅光led的波長為617-630nm，所述綠光led的波長為520-530nm，所述藍光led的波長為450-460nm。
進一步地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led照明方法，步驟(2)各色照明led的強度利用調節佔空比的方式調節。
更進一步地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led照明方法，步驟(2)利用觸控顯示面板進行操作，具體包括：
(21)操作光源的開關，亮度的手動/自動調節；
(22)切換預先設置的白光/混合光照明普通白光、黏膜下層血管增強、黏膜層表面增強、扁平病灶輪廓增強等模式及醫生自定義模式；
(23)控制氣泵的壓力。
更進一步地，本發明的用於醫用內鏡光譜染色照明的led照明方法，系統有預先設置好的白光和混合光模式，具體包括：普通白光、黏膜下層血管增強、黏膜層表面增強、扁平病灶輪廓增強等模式及醫生自定義模式。
綜上所述，本設計規劃產品就是在大量研究國外有關技術的基礎上利用最新全色彩led照明技術、電子控制技術而研發的新型內窺鏡冷光源。如圖2所示是rgbled和wled峰值光譜圖，本系統設計利用現代電子技術控制rgbled(紅光led/綠光led/藍光led：625nm/525nm/450nm)+白光led(400-780nm)的led發光組合，在白光組合照明應用中可得到超過氙燈的高顯色指數照明效果，在色譜染色照明中採用不同的色譜組合達到不僅可以增強黏膜內血管走形，還可以對黏膜表面形態進行增強，對病灶與周圍正常組織的分界進行增強的效果，產品設計中還預留了醫生自開發色譜組合照明控制系統，醫生可以根據自己對不同器官不同病灶的照明需求開發出自己的照明色譜組合併可以自動存儲設定。
本系統修正了nbi系統的一些缺陷，比如nbi系統打開時圖像偏暗，而本系統不會出現圖像偏暗的情況，還有本系統染色功能可以一直開啟，不同的色譜組合不僅可以觀察黏膜表面的毛細血管，還可以對腺管開口形態及黏膜表面的凹凸程度進行觀察，因為畢竟不是所有消化道疾病都表現為毛細血管結構的改變，當出現一些糜爛性、潰瘍性病變表面有較多出血點，這些點將在nbi上顯示得過於明顯。而本系統可以減少或避免這些影響圖像影響診斷的因素。
本系統設計性能和技術水平都達到了國際先進水平並形成了自己的特色，設計用途和優點如下：
1、滿足高清電子胃腸鏡使用的高色溫、高顯色指數的白光光源和智能化設置的特殊診斷的色素光譜光源，用於消化道和其它器官的傳統內鏡觀察、治療和早期癌變的觀察診斷需求。
2、白光光源利用白光led+rgbled組合白光得到，顯色指數達到90以上，色溫範圍從4000-6500之間根據需要可控，照明效果超過傳統的氙燈照明效果。
3、光譜染色照明由白光led+rgbled不同強度的色譜組合完成。
4、電子控制系統由觸控lcd面板、ccu控制電路組成，各色照明的強度利用調節佔空比的方式調節。系統有預先設置好的白光、混合光模式(普通白光、黏膜下層血管增強、黏膜層表面增強、扁平病灶輪廓增強等模式)。醫生也可以利用觸控顯示面板隨意設置符合診斷需要的染色照明模式。
5、本系統設計有配合內鏡照明需要的自動調光系統，由內鏡圖像處理系統輸出的圖像亮度信號(由圖像處理系統根據圖像照明的需要給出亮度信號)經本系統的電子電路處理控制照明亮度輸出。
6、本系統設計有改善拍攝移動時圖像模糊的頻閃同步系統，照明時間間隔與cmos採集觸發頻率形態同步。
7、本系統設計有3檔調節的靜音氣泵系統。
8、本系統設計有用於混色的光學裝置以及內鏡光錐耦合光學系統。
9、整套系統由電子控制系統，機械控制系統、led燈座冷卻系統、4色光勻色/勻光/光路耦合系統、氣泵控制系統、外接圖像處理系統接口、帶有觸控液晶顯示屏的外殼組成。
以上所述為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，對本領域的技術人員來說，可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和範圍內，所做的任何修改和等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。