CN105455767A - 一种显微内窥镜系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种显微内窥镜系统，包括照明单元，为内窥镜提供照明光；摄像与图像处理单元，拍摄人体组织图像，并进行图像的处理；还包括内窥镜显微探头，通过内窥镜系统的钳道孔进入体腔并对目标组织进行显微成像；光纤传像束，传输内窥镜显微探头所成的目标图像；图像输出与照明输入单元，将照明单元输出的照明光耦合进所述光纤传像束，并将所述光纤传像束传输出来的图像输入到所述摄像与图像处理单元，本发明解决了现有技术的内窥镜系统成像倍率低，无法观察组织的形态变化和细胞微观结构的问题。

Description

一种显微内窥镜系统
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及的是一种显微内窥镜系统。
背景技术
医用内窥镜是一种常见的医疗器械，一般可以通过人体的天然通道，比如口腔、鼻腔等，或者是经人工在人体上做的小切口进入体内，从而实现对人体内病变器官的检查。近年来应用于临床的内窥镜技术有了长足的发展，如高清晰内镜、变焦内镜及窄带成像内窥镜(Narrow-bandImaging，NBI)等。这些新技术或可以对病变部位实现更清晰的成像、或可以对病变部位进行放大成像，或可以凸显病变部分的微血管结构。进一步提高了内窥镜检查的疾病检出率。
例如中国专利CN200780016642提供了一种内窥镜用图像处理装置，该装置包括图像处理部、灰度校正电路部、切换部、强调电路部以及强调量切换部。该内窥镜用图像处理装置根据观察模式或种类的切换，变更灰度校正电路部的灰度校正特性并更好地抑制噪声，并且，通过强调量的切换，灰度校正电路部对应于所设定的强调量来变更所述灰度的校正特性，从而实现图像信号进行清晰度强调。而另一中国专利CN201210494979提供了一种内窥镜装置，该装置包括用于驱动物镜的致动器，以及包括该物镜的内窥镜系统，用于内窥镜的物镜包括多个透镜、光阑、以及邻近光阑设置的光学元件，致动器驱动光学元件沿光轴不同方向移动，改变物镜的焦距，从而实现对被摄体进行不同倍率成像。上述专利提供的内窥镜技术，虽然可以有效的降低内窥镜检测时的噪音，进行不同倍率的成像，但是仍然存在内窥镜成像倍率低，仅能观察到组织的外观形态，而无法观察到组织的形态变化和细胞微观结构的问题，如需确诊，需要将可疑组织钳取到体外，再固定、切片、染色、并在显微镜下进行观察，进行组织病理学诊断，是一个损伤、耗时、昂贵的过程，而且伴随着出血、感染、早期漏诊等风险。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种显微内窥镜系统，以解决现有技术的内窥镜系统成像倍率低，无法观察组织的形态变化和细胞微观结构的问题。
本发明的技术方案如下：
一种显微内窥镜系统，包括
照明单元，为内窥镜提供照明光；
摄像与图像处理单元，拍摄人体组织图像，并进行图像的处理；
其中，
还包括内窥镜显微探头，通过内窥镜系统的钳道孔进入体腔并对目标组织进行显微成像；
光纤传像束，传输内窥镜显微探头所成的目标图像；
图像输出与照明输入单元，将照明单元输出的照明光耦合进所述光纤传像束，并将所述光纤传像束传输出来的图像输入到所述摄像与图像处理单元。
所述的显微内窥镜系统，其中，所述图像输出与照明输入单元包括聚集照明光的聚光镜、反射照明光的分光器、显微物镜和镜筒透镜，照明光经过聚光镜汇聚后被分光器反射，显微物镜将照明光耦合进光纤传像束后光纤传像束把照明光传输到人体组织，所述内窥镜显微探头所成的像经过显微物镜和镜筒透镜的放大后成像到摄像与图像处理单元中。
所述的显微内窥镜系统，其中，所述显微物镜设置为其焦点位于所述光纤传像束一端的端面上。
所述的显微内窥镜系统，其中，所述图像输出与照明输入单元包括聚集照明光的聚光镜、照明光纤束和光纤传像束、显微物镜和镜筒透镜，所述照明光纤束在图像输出与照明输入单元和光纤传像束接口处开始环形包裹于光纤传像束外边沿，所述聚光镜的焦点位于照明光纤束的端面上，所述显微物镜焦点位于光纤传像束的端面上。
所述的显微内窥镜系统，其中，所述图像输出与照明输入单元包括聚集照明光的聚光镜、多模光纤和光纤传像束，所述多模光钎在图像输出与照明输入单元和光纤传像束接口处开始设置于所述光纤传像束中心，所述聚光镜的焦点位于多模光钎的端面上，所述显微物镜焦点位于光纤传像束的端面上。
所述的显微内窥镜系统，其中，所述图像输出与照明输入单元包括包括聚集照明光的聚光镜，照明光纤束、光纤传像束和光纤锥，所述照明光纤束在图像输出与照明输入单元和光纤传像束接口处开始环形包裹于光纤传像束外边沿，光纤传像束的一端面和所述光纤锥的一端面贴合，所述聚光镜的焦点位于所述照明光纤束的端面上。
所述的显微内窥镜系统，其中，所述内窥镜显微探头包括一非球面透镜、自聚焦透镜，所述非球面透镜一端和所述自聚焦透镜一端贴合，所述内窥镜显微探头的后端面与所述光纤传像束一端面贴合。
所述的显微内窥镜系统，其中，所述摄像与图像处理单元包括CCD图像传感器、驱动电路、图像处理单元和显示单元。
所述的显微内窥镜系统，其中，所述照明单元包括照明光源、聚合光线的聚光部和传输光线的照明单元光纤传光束。
所述的显微内窥镜系统，其中，所述聚光部的焦点位于所述照明单元光纤传光束的端面上。
本发明的有益效果：本发明通过提供一种显微内窥镜系统，利用内窥镜显微探头对组织进行显微成像，并通过显微物镜和镜筒透镜组成的显微成像系统等手段对图像进行放大，使内窥镜成像能力扩展到细胞结构的量级，解决了现有技术的内窥镜系统成像倍率低，无法观察组织的形态变化和细胞微观结构导致早期漏诊等的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明实施例一中图像输出与照明输入单元的结构示意图。
图3是本发明实施例二中图像输出与照明输入单元的结构示意图。
图4是本发明实施例三中图像输出与照明输入单元的结构示意图。
图5是本发明实施例四中图像输出与照明输入单元的结构示意图。
图6是本发明中内窥镜显微探头的结构示意图。
图7是本发明中照明单元的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
实施例一
参阅图1，本发明提供一种显微内窥镜系统，包括为内窥镜提供照明光的照明单元101、拍摄人体组织图像并进行图像处理的摄像与图像处理单元105，其中，显微内窥镜系统还包括内窥镜显微探头104，所述内窥镜显微探头104通过内窥镜系统的钳道孔进入体腔并对目标组织进行显微成像，还包括传输内窥镜显微探头104所成的目标图像的光纤传像束103，还包括图像输出与照明输入单元102，所述图像输出与照明输入单元102将照明单元101输出的照明光耦合进所述光纤传像束103，并将所述光纤传像束103传输出来的图像输入到所述摄像与图像处理单元105。
参阅图2，所述图像输出与照明输入单元102包括聚集照明光的聚光镜302、反射照明光的分光器303、显微物镜304、镜筒透镜305、摄像系统接口306、光纤传像束接口307、机械封装308，机械封装308为各光学元件提供了安装卡位并起保护各光学元件的作用，避免光学元件受到刮擦而损伤。所述显微物镜304的焦点位于所述光纤传像束103一端的端面309上，使显微物镜304可以将照明光耦合进光纤传像束103中，照明光从照明光输入接口301输入，经过聚光镜302汇聚后被分光器303反射，显微物镜304将照明光耦合进光纤传像束103后光纤传像束103把照明光传输到人体组织，工作时，内窥镜显微探头104前端表面和被测目标表面接触，被测目标被放大后成像到内窥镜显微探头104后端面，内窥镜显微探头104所成的像经过光纤传像束103传输和显微物镜304以及镜筒透镜305的放大后成像到摄像与图像处理单元105中。
在本实施例中，分光器303为半透半反镜或分光棱镜，输出自照明单元101的照明光经过分光器303后一部分被反射，另一部分被透射过分光器303，被反射部分的光线被显微物镜304耦合进光纤传像束103为观察组织提供光源；内窥镜显微探头104所成图像的成像光一部分经过分光器303反射，另一部分成像光被透射过分光器303，传输到摄像与图像处理单元105进行图像拍摄和图像处理。
此外，显微物镜304和镜筒透镜305组成一个显微成像系统，对图像进行二次放大，为使内窥镜成像能力扩展到细胞结构的量级以便观察到组织形态变化和细胞微观结构，这一放大倍数需要足够大，因此显微物镜304焦距fobj与镜筒透镜305焦距ftube满足如下关系：
0.01<fobj/ftube<0.1
显微物镜304和镜筒透镜305组成的显微成像系统总的放大倍数＝ftube/fobj，即放大倍数在10倍到100倍之间，当然，本发明并不对显微成像系统的放大倍数进行具体的限定，实际应用中可以通过设置不同焦距的显微物镜和镜筒透镜组合来实现不同的放大倍数。
进一步地，参阅图6，内窥镜显微探头104包括一非球面透镜501、自聚焦透镜502、机械封装结构503，非球面透镜501和自聚焦透镜502安装于机械封装结构503内的对应安装卡位上，机械封装结构503起保护透镜组的作用，避免透镜组受到刮擦而损伤。所述非球面透镜501一端和所述自聚焦透镜502一端贴合，内窥镜显微探头104的后端面505与所述光纤传像束103一端面贴合。
进一步地，为了使内窥镜显微探头104可以通过常规内窥镜的钳道孔进入人体体腔，内窥镜显微探头104外径不大于1.5mm，内窥镜显微探头104的前端面504为物面，内窥镜显微探头104的后端面505为像面，通过设置非球面透镜501和自聚焦透镜502的组合将位于内窥镜显微探头104的前端面504的物体放大成像到内窥镜显微探头104的后端面505上。而非球面透镜501相对于一般的球面透镜具有更佳的曲率半径，维持良好的像差修正，使成像的锐度更为出色，可以省却因校正像差而设置许多组球面透镜带来探头体积的增大，使探头的体积微型化以适应内窥镜的钳道孔及观察人体组织的需求。而自聚焦透镜502则具有聚焦和成像的功能，使沿轴向传输的光产生折射，并使折射率的分布沿径向逐渐减少，从而实现光线被平滑且连续地汇聚到一点，其圆柱状小巧的特点也非常适合应用于内窥镜显微探头。在本实施例中，非球面透镜501和自聚焦透镜502的组合放大倍率不小于两倍。
进一步地，所述摄像与图像处理单元105包括CCD图像传感器、驱动电路、图像处理单元和显示单元。
参阅图7，进一步地，照明单元101包括照明光源201、聚合光线的聚光部202和传输光线的照明单元光纤传光束203，聚光部202的焦点位于所述照明单元光纤传光束203的端面上使照明光源201发出的照明光可以耦合进照明单元光纤传光束203中，照明光经聚光部202聚合后耦合进光纤传光束203，光线通过光纤传光束203输入到图像输出与照明输入单元102的照明光输入接口301。在本发明中，照明光源201包括氙灯、LED灯。
本发明的工作流程如下：
医生使用内窥镜的摄像装置寻找病人的病变位置，观察到可能的病变位置后，将内窥镜显微探头104经过内窥镜的钳道孔进入病人体内，通过调节内窥镜弯曲部，使内窥镜显微探头104抵近目标位置，医生手持光纤传像束103通过插拔或旋转，使内窥镜显微探头104接触被测目标表面。照明单元101发出的照明光经过聚光镜302汇聚和分光器303反射，被显微物镜304耦合进光纤传像束103，为内窥镜显微探头104提供观察的光源。内窥镜显微探头104对目标进行显微成像，图像通过光纤传像束103传输到图像输出与照明输入单元102，显微物镜304和镜筒透镜305组成的显微成像系统将图像放大后输入摄像与图像处理单元105，图像被摄像并处理后在显示单元中显示。
实施例二
参阅图3，在本实施例中，图像输出与照明输入单元102包括聚集照明光的聚光镜302、照明光纤束703和光纤传像束103、显微物镜304和镜筒透镜305，所述照明光纤束703在图像输出与照明输入单元102和光纤传像束103接口处开始环形包裹于光纤传像束103外边沿，所述聚光镜的焦点位于照明光纤束703的端面上，所述显微物镜焦点位于光纤传像束103的端面上。本实施例省却了设置分光器，将光线直接耦合进照明光纤束703后通过照明光纤束703传输光线，再将照明光纤束703环形包裹于光纤传像束103外边沿，光纤传像束103单独传输图像，这种设置方式可以大幅度提高照明光源的光能利用率，避免了因分光器对光的透射作用造成光能的损失。
实施例三
参阅图4，在本实施例中，图像输出与照明输入单元102包括聚集照明光的聚光镜302、多模光纤803、光纤传像束103、显微物镜304和镜筒透镜305，所述多模光钎803在图像输出与照明输入单元102和光纤传像束103接口处开始设置于所述光纤传像束103中心，所述聚光镜302的焦点位于多模光钎803的端面上，所述显微物镜焦点位于光纤传像束的端面上。
实施例四
参阅图5，在本实施例中，图像输出与照明输入单元102包括包括聚集照明光的聚光镜302，照明光纤束703、光纤传像束103和光纤锥901，所述照明光纤束103在图像输出与照明输入单元102和光纤传像束103接口处开始环形包裹于光纤传像束103外边沿，光纤传像束103的一端面和所述光纤锥901的一端面贴合，所述聚光镜302的焦点位于所述照明光纤束703的端面上。从光纤传像束103传回的图像通过光纤锥901放大后传输到摄像与图像处理单元，本实施例通过设置光纤锥901的方式代替显微物镜和镜筒透镜实现放大物像的功能，结构简单，可靠性高。
本发明通过提供一种显微内窥镜系统，利用内窥镜显微探头对组织进行显微成像，并通过显微物镜和镜筒透镜组成的显微成像系统等手段对图像进行放大，使内窥镜成像能力扩展到细胞结构的量级，解决了现有技术的内窥镜系统成像倍率低，无法观察组织的形态变化和细胞微观结构导致早期漏诊等的问题。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种显微内窥镜系统，包括
照明单元，为内窥镜提供照明光；
摄像与图像处理单元，拍摄人体组织图像，并进行图像的处理；
其特征在于，
还包括内窥镜显微探头，通过内窥镜系统的钳道孔进入体腔并对目标组织进行显微成像；
光纤传像束，传输内窥镜显微探头所成的目标图像；
图像输出与照明输入单元，将照明单元输出的照明光耦合进所述光纤传像束，并将所述光纤传像束传输出来的图像输入到所述摄像与图像处理单元。
2.根据权利要求1所述的显微内窥镜系统，其特征在于，所述图像输出与照明输入单元包括聚集照明光的聚光镜、反射照明光的分光器、显微物镜和镜筒透镜，照明光经过聚光镜汇聚后被分光器反射，显微物镜将照明光耦合进光纤传像束后光纤传像束把照明光传输到人体组织，所述内窥镜显微探头所成的像经过显微物镜和镜筒透镜的放大后成像到摄像与图像处理单元中。
3.根据权利要求2所述的显微内窥镜系统，其特征在于，所述显微物镜的焦点位于所述光纤传像束一端的端面上。
4.根据权利要求1所述的显微内窥镜系统，其特征在于，所述图像输出与照明输入单元包括聚集照明光的聚光镜、照明光纤束和光纤传像束、显微物镜和镜筒透镜，所述照明光纤束在图像输出与照明输入单元和光纤传像束接口处开始环形包裹于光纤传像束外边沿，所述聚光镜的焦点位于照明光纤束的端面上，所述显微物镜焦点位于光纤传像束的端面上。
5.根据权利要求1所述的显微内窥镜系统，其特征在于，所述图像输出与照明输入单元包括聚集照明光的聚光镜、多模光纤、光纤传像束、显微物镜和镜筒透镜，所述多模光钎在图像输出与照明输入单元和光纤传像束接口处开始设置于所述光纤传像束中心，所述聚光镜的焦点位于多模光钎的端面上，所述显微物镜焦点位于光纤传像束的端面上。
6.根据权利要求1所述的显微内窥镜系统，其特征在于，所述图像输出与照明输入单元包括包括聚集照明光的聚光镜，照明光纤束、光纤传像束和光纤锥，所述照明光纤束在图像输出与照明输入单元和光纤传像束接口处开始环形包裹于光纤传像束外边沿，光纤传像束的一端面和所述光纤锥的一端面贴合，所述聚光镜的焦点位于所述照明光纤束的端面上。
7.根据权利要求1所述的显微内窥镜系统，其特征在于，所述内窥镜显微探头包括一非球面透镜、自聚焦透镜，所述非球面透镜一端和所述自聚焦透镜一端贴合，所述内窥镜显微探头的后端面与所述光纤传像束一端面贴合。
8.根据权利要求1所述的显微内窥镜系统，其特征在于，所述摄像与图像处理单元包括CCD图像传感器、驱动电路、图像处理单元和显示单元。
9.根据权利要求1所述的显微内窥镜系统，其特征在于，所述照明单元包括照明光源、聚合光线的聚光部和传输光线的照明单元光纤传光束。
10.根据权利要求9所述的显微内窥镜系统，其特征在于，所述聚光部的焦点位于所述照明单元光纤传光束的端面上。
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