一種多光譜內窺鏡成像裝置的製作方法

2023-12-02 08:23:46 3

本發明涉及醫療電子內窺鏡成像檢查技術領域，具體涉及一種多光譜內窺鏡成像裝置。

背景技術：

用於手術及其他醫學目的的內窺鏡成像裝置一般包括內窺鏡鏡體、光源及圖像處理單元（CCU）。其中內窺鏡鏡體是部分插入人體內部的，提供光路載體及器械通道，光源主要提供體內照明，圖像處理單元（CCU）是圖像處理的關鍵部件。通過成像裝置獲得的成像信號經過圖像處理單元（CCU）預定的圖像處理技術處理成為成像圖像顯示在監視器上。由此，操作者可以通過觀看監視器上顯示的圖像來觀察身體的內部。

所述內窺鏡成像裝置用於術前或術中觀察體內各種部位。觀察不同部位的內窺鏡的結構和尺寸有所區別，但原理相同，且光源與圖像處理單元（CCU）可通用。

人體組織的不同特性，它們對不同波長的光敏感性不同，為更好地區別不同組織或在監視器上顯示不同組織甚至不同組織的不同病變，需要藉助窄帶光譜識別。但是現有的技術中，有的是使用波長與空間位置相關的分光成像技術，利用多擋片移動來選取不同波長的像用於顯示成像，但是這種成像方式光的能量利用率低，成像解析度不高，而且光路設計很繁瑣，難以滿足內窺鏡高清成像的發展需求。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種不僅光的能量利用率高，成像解析度高，而且光路設計簡單的多光譜內窺鏡成像裝置，以克服現有技術的不足。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：一種多光譜內窺鏡成像裝置，包括內窺鏡頭、CMOS攝像組件、圖像處理單元、顯示單元、存儲單元和光源部件；其中：

所述內窺鏡頭與CMOS攝像組件可拆卸連接，所述內窺鏡頭提供光路通道，其端部直接進入人體待測的組織區域，所述光源部件，用於提供至少涵蓋可見光波長及近紅外波長範圍的連續光譜的照明光；

所述CMOS攝像組件、顯示單元和存儲單元分別與圖像處理單元相應的連接端連接，所述CMOS攝像組件，用於根據內窺鏡頭傳輸的人體待測的組織區域的反射光得到組織圖像，所述圖像處理單元，用來傳輸並處理組織圖像，所述顯示單元，用來顯示組織圖像，所述存儲單元用來存儲組織圖像；

其創新點在於：

還包括窄帶濾光片色輪，所述窄帶濾光片色輪，用於從所述光源部件濾出不同光譜的窄帶光，且所述不同光譜的窄帶光連續覆蓋所述光源部件提供的照明光的全部光譜及近紅外光譜範圍；

色輪伺服電機，所述色輪伺服電機，用於控制窄帶濾光片色輪轉動；

控制機構，所述控制機構，用於控制圖像處理單元和色輪伺服電機；

所述窄帶濾光片色輪與色輪伺服電機傳動連接，且光源部件設在窄帶濾光片色輪的一側，所述色輪伺服電機和圖像處理單元分別與控制機構連接；

所述窄帶濾光片色輪包括窄帶濾光片轉盤，所述窄帶濾光片轉盤的圓周方向上設有多個不同窄帶濾光片，且窄帶濾光片轉盤的中心具有可通過全光譜光源的通光孔，所述色輪伺服電機用於選擇控制所述窄帶濾光色輪的窄帶光濾光片進入或者退出所述光源部件提供的照明光的光路。

在上述技術方案中，所述窄帶濾光片色輪濾出窄帶光的波長帶寬在20~40納米範圍內。

在上述技術方案中，所述窄帶濾光片色輪濾出窄帶光的波長帶寬為30納米。

在上述技術方案中，所述窄帶濾光色輪，用於從所述光源部件濾出近紅外、紅、綠、藍不同光譜的光。

在上述技術方案中，所述窄帶濾光片轉盤的圓周方向上設有3個不同窄帶濾光片，每個窄帶濾光片均可過濾至少4個獨立的窄帶光譜，且至少4個獨立的窄帶光譜的波長帶寬範圍不完全相同。

在上述技術方案中，還包括傳動機構，所述傳動機構包括第一軸承座、第二軸承座、主同步帶輪和從同步帶輪，所述主同步帶輪設在第一軸承座上，從同步帶輪設在第二軸承座上，所述色輪伺服電機的輸出軸與主同步帶輪傳動連接，窄帶濾光片色輪設在從同步帶輪上，且主同步帶輪和從同步帶輪通過同步帶傳動連接。

在上述技術方案中，所述光源部件採用的是高亮度LED冷光源，且光源部件的光輸出端與窄帶濾光片色輪連接。

在上述技術方案中，所述CMOS攝像組件包括光學接口、攝像頭和數據傳輸線，所述內窺鏡頭通過卡扣與光學接口的一端可拆卸連接，攝像頭和數據傳輸線同時與光學接口的另一端連接，所述內窺鏡頭與光源部件通過導光束連接。

在上述技術方案中，所述光源部件提供的照明光為包括紅外光在內的全光譜光源，且波長帶寬在400~900nm 範圍內。

在上述技術方案中，所述窄帶濾光片轉盤的通光孔是圓形通光孔。

本發明所具有的積極效果是：採用本發明還包括窄帶濾光片色輪，所述窄帶濾光片色輪，用於從所述光源部件濾出不同光譜的窄帶光，且所述不同光譜的窄帶光連續覆蓋所述光源部件提供的照明光的全部光譜及近紅外光譜範圍；色輪伺服電機，所述色輪伺服電機，用於控制窄帶濾光片色輪轉動；控制機構，所述控制機構，用於控制圖像處理單元和色輪伺服電機；所述窄帶濾光片色輪與色輪伺服電機傳動連接，且光源部件設在窄帶濾光片色輪的一側，所述色輪伺服電機和圖像處理單元分別與控制機構連接；所述窄帶濾光片色輪包括窄帶濾光片轉盤，所述窄帶濾光片轉盤的圓周方向上設有多個不同窄帶濾光片，且窄帶濾光片轉盤的中心具有可通過全光譜光源的通光孔，所述色輪伺服電機用於選擇控制所述窄帶濾光色輪的窄帶光濾光片進入或者退出所述光源部件提供的照明光的光路；本發明在多個不同窄帶濾光片作用下，能夠以30幀/秒獲得16個不同波長的多光譜圖像，其幀率相當於480幀/秒，與已有的技術相比，例如NBI技術它僅能實現2種波段30幀/秒的成像，而本發明可實現16種波段30幀/秒的多光譜高幀率成像，大大優於目前的多光譜成像裝置幀率。本發明可以以多種可變光譜形式提供病變組織和正常組織的多光譜圖像數據，一系列窄帶光可根據臨床需求從所述照明光的可見光譜和近紅外光譜範圍內選取濾出特定窄帶光譜，實時選擇提供最佳的病變組織與正常組織有明顯視覺差異的組織成像，降低醫生分辨病變組織與正常組織的難度，方便醫生手術過程中的判定。

附圖說明

圖1是本發明一種具體實施方式的立體結構示意圖；

圖2是本發明的原理方框示意圖；

圖3是本發明的傳動機構的結構示意圖；

圖4是圖1中的窄帶濾光片色輪結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖以及給出的實施例，對本發明作進一步的說明，但並不局限於此。

如圖1、2、3、4所示，一種多光譜內窺鏡成像裝置，包括內窺鏡頭1、CMOS攝像組件2、圖像處理單元3、顯示單元4、存儲單元5和光源部件6；其中：

所述內窺鏡頭1與CMOS攝像組件2可拆卸連接，所述內窺鏡頭1提供光路通道，其端部直接進入人體待測的組織區域，所述內窺鏡頭1用於將所述光源部件6和窄帶濾光片色輪7濾光導入組織；

所述光源部件6，用於提供至少涵蓋可見光波長及近紅外波長範圍的連續光譜的照明光，其顯色指數符合國標要求；

所述CMOS攝像組件2、顯示單元4和存儲單元5分別與圖像處理單元3相應的連接端連接，所述CMOS攝像組件2，用於根據內窺鏡頭1傳輸的人體待測的組織區域的反射光得到組織圖像，所述圖像處理單元3，用來傳輸並處理組織圖像，所述顯示單元4，用來顯示組織圖像，所述存儲單元5用來存儲組織圖像；

即所述圖像處理單元3、顯示單元4，用於採集、傳輸、優化圖像信號並顯示所述圖像；

還包括窄帶濾光片色輪7，所述窄帶濾光片色輪7，用於從所述光源部件6濾出不同光譜的窄帶光，且所述不同光譜的窄帶光連續覆蓋所述光源部件6提供的照明光的全部光譜及近紅外光譜範圍，即窄帶濾光片色輪7用於從所述光源部件6濾出一系列窄帶光，所述一系列窄帶光不間斷覆蓋所述照明光的全部光譜及近紅外光譜範圍；

色輪伺服電機8，所述色輪伺服電機8，用於控制窄帶濾光片色輪7轉動；

控制機構9，所述控制機構9，用於控制圖像處理單元3和色輪伺服電機8；

所述窄帶濾光片色輪7與色輪伺服電機8傳動連接，且光源部件6設在窄帶濾光片色輪7的一側，所述色輪伺服電機8和圖像處理單元3分別與控制機構8連接；

所述窄帶濾光片色輪7包括窄帶濾光片轉盤7-1，所述窄帶濾光片轉盤7-1的圓周方向上設有多個不同窄帶濾光片7-2，且窄帶濾光片轉盤7-1的中心具有可通過全光譜光源的通光孔7-1-1，所述色輪伺服電機8用於選擇控制所述窄帶濾光色輪7的窄帶光濾光片7-2進入或者退出所述光源部件6提供的照明光的光路。

本發明所述窄帶濾光片色輪7濾出窄帶光的波長帶寬在20~40納米範圍內。所述窄帶濾光片色輪7濾出窄帶光的波長帶寬為30納米。

所述窄帶濾光色輪7，用於從所述光源部件6濾出近紅外、紅、綠、藍不同光譜的光。所述控制機構9控制色輪伺服電機8動作，這樣，所述色輪伺服電機8選擇控制窄帶濾光色輪7上的不同濾片進入所述光路。

所述窄帶濾光片色輪7，色輪伺服電機8及控制機構9一起快速選擇濾過光源部件6帶寬在20~40納米之間不同波長的窄帶光譜對體內組織提供照明，並按一定順序控制不同的窄帶濾光片7-2進入或退出顯示光路，以保證不同部位被觀察組織得到清晰的顯示。

如圖4所示，所述窄帶濾光片轉盤7-1的圓周方向上設有3個不同窄帶濾光片7-2，每個窄帶濾光片7-2均可過濾至少4個獨立的窄帶光譜，且至少4個獨立的窄帶光譜的波長帶寬範圍不完全相同。即所述窄帶濾光片色輪7的窄帶濾光片轉盤7-1沿圓周方向安裝3個不同窄帶濾光片，每個濾光片均可過濾至少4個獨立的窄帶光譜，且該獨立的窄帶光譜波長帶寬範圍不完全相同，以保證圖像顯示的多樣性。

如圖3所示，為了使得本發明結構更加合理、緊湊，以及確保窄帶濾光片色輪7轉動精確性高，本發明還包括傳動機構10，所述傳動機構10包括第一軸承座10-1、第二軸承座10-2、主同步帶輪10-3和從同步帶輪10-4，所述主同步帶輪10-3設在第一軸承座10-1上，從同步帶輪10-4設在第二軸承座10-2上，所述色輪伺服電機8的輸出軸與主同步帶輪10-3傳動連接，窄帶濾光片色輪7設在從同步帶輪10-4上，且主同步帶輪10-3和從同步帶輪10-4通過同步帶傳動連接。

所述光源部件6採用的是高亮度LED冷光源，且光源部件6的光輸出端與窄帶濾光片色輪7連接。

如圖1所示，所述CMOS攝像組件2包括光學接口、攝像頭和數據傳輸線，所述內窺鏡頭1通過卡扣與光學接口的一端可拆卸連接，攝像頭和數據傳輸線同時與光學接口的另一端連接，所述內窺鏡頭1光源部件6通過導光束1-1連接。

其中，所述CMOS攝像組件2的光學接口用於變焦或定焦，所述光學接口前端與內窺鏡頭1以卡扣形式連接，方便拆裝更換不同的內窺鏡頭1，所述光學接口後端與攝像頭（CCU）、數據傳輸線以光學C接口連接，方便實際操作時調節焦距等光學參數以達到最佳顯示效果。

本發明所述圖像處理單元3是決定本發明圖像顯示效果的核心部件之一，包括但不限於對常規可見光譜、窄帶光譜等概念的處理，還包含對紅外光的處理。其中對特定波長範圍的紅外線的處理技術，可以有選擇地顯示人體組織觀察部位1mm以下深度的狀態。

如圖1所示，本發明所述圖像處理單元3、顯示單元4、存儲單元5、光源部件6和控制機構9均固定在機殼11內，且機殼11內還設有電源12、串口板13、濾波器14和散熱風扇15，所述電源12、串口板13、濾波器14和散熱風扇15均與控制機構9相應的連接端電連接，其中，所述串口板13用於擴展連接，濾波器14用來濾波，散熱風扇15用來散除機殼11內的熱量，防止機殼1內溫度過高，而造成其它部件不能正常工作。所述機殼11的外側端面上裝有操作面板16，可用來進行人機對話。

本發明所述光源部件6提供的照明光為包括紅外光在內的全光譜光源，且波長帶寬在400~900nm 範圍內。

如圖4所示，所述窄帶濾光片轉盤7-1的通光孔7-1-1是圓形通光孔。所述窄帶濾光片轉盤7-1有一全光譜光源通過的通光孔7-1-1，用於在所述窄帶濾光片7-2切換入光路，並且所述窄帶濾光片色輪切換出光路時通光；或所述彩色濾光片輪沒有通光空間，在所述窄帶濾光片7-2切換進入光路時，所述色輪伺服電機8及控制機構9控制所述窄帶濾光片7-2旋轉，使得不同的窄帶濾光片7-2切換出光路。

本發明有兩種工作模式，一種是彩色分光模式，該模式下窄帶濾光色輪7進入光路，窄帶光濾光片7-2移出光路，此時光源發出的白光經過彩色濾光片後被過濾為彩色照明光，通過內窺鏡頭1進入人體照射組織並被組織反射或吸收，然後通過所述CMOS攝像組件2的攝像頭成像；另一種是窄帶光掃描模式，該模式下彩色濾光片移出光路，窄帶光濾光片組進入光路，並且窄帶光濾光片不斷切換。光源發出的白光經過窄帶光濾光片後生成窄帶照明光，經內窺鏡體進入人體照射組織，被組織反彈或者吸收後，通過黑白攝像頭成像。

本發明在多個不同窄帶濾光片作用下，能夠以30幀/秒獲得16個不同波長的多光譜圖像，其幀率相當於480幀/秒，與已有的技術相比，例如NBI技術它僅能實現2種波段30幀/秒的成像，而本發明可實現16種波段30幀/秒的多光譜高幀率成像，大大優於目前的多光譜成像裝置幀率。

本發明可以以多種可變光譜形式提供病變組織和正常組織的多光譜圖像數據，實時選擇提供最佳的病變組織與正常組織有明顯視覺差異的組織成像，降低醫生分辨病變組織與正常組織的難度，方便醫生手術過程中的判定。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。