CN108836506A - 一种用于手术的不可见光显示设备和光学指导系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于手术的不可见光显示设备和光学指导系统，所述不可见光显示设备包括：用于对成像物体的不可见光成像的成像装置和投影组件；所述成像装置将成像的不可见光图像转换为可见光图像，并借助于所述投影组件使得所述可见光图像的可见光通过成像装置沿着原光路返回并叠加在所述成像物体上；所述原光路为所述成像物体的光入射至所述成像装置的光路。上述不可见光显示设备能够实时采集肉眼不可见的图像信息，并整合进手术视野，为手术医生提供实时的参考。
Description
技术领域
本发明涉及医学器械领域，特别是一种用于手术的不可见光显示设备和光学指导系统。
背景技术
医学手术中的影像学设备能够帮助医生及时地获得肉眼无法直接观察到的信息，在手术之前或过程中进行X光、核磁共振、CT等成像来判断手术位置、角度和深度，虽能提供精确的形态学信息，但随着手术的进程，解剖结构发生变化，术前的图像信息难以继续指导手术。而且，由于放射性成像对医生和患者会造成电离损伤，同时成像技术和设备昂贵笨重，难以与手术过程相整合。这些因素限制了核素成像、正电子发射断层扫描、单光子发射计算机断层和磁共振成像等成像方式在术中导航/指导中的应用。所以，很长一段时间的临床手术仍然主要依赖手术医生的肉眼鉴别病变与正常组织，导致对手术医生经验的严重依赖，缺乏明确的客观标准。
因此临床上对实时手术光学指导系统有着迫切需求。随着近红外荧光成像技术的发展，近红外荧光成像技术导航/指导成为当前发展的热点。目前存在的利用近红外光学成像的系统已经用于临床指导手术，能够为手术医生提供肉眼或手术显微设备难以辨别的光学信息，且具有成像灵敏，分辨率高，操作简单等特点，逐渐受到外科医生的青睐，但仍存在一些问题有待解决。
近红外荧光成像技术已被证明具有很低的组织散射，更大的穿透深度，低的自体荧光背景，在实际应用中能够提供分辨率更高的图像。但由于近红外(760nm-1mm)功能指示性荧光比较微弱，且肉眼不可见，因此实现近红外功能荧光成像需要利用灵敏的制冷型近红外相机进行图像的采集，并将图像实时显示在屏幕上。为了与形态学白光图像比较，也常将此两种图像分屏或融合显示在大屏幕上，如图1所示，以便外科医生在术中观察、指导肿瘤切除或其他手术过程。在图1中，01为红外相机，02为普通相机，通过红外相机01和普通相机02分别成像可以并列显示或者叠加融合显示。
但由于屏幕显示与医生肉眼观察视野存在差别，且医生需要在术中不断在屏幕与手术区域切换，容易造成屏幕显示的图像与实际手术操作视野之间的误差，增加了手术难度，也延长了宝贵的手术时间。
业内人士进一步研发头戴式成像设备，将近红外功能图像实时显示于头显装置，部分解决了该问题。医生转动眼球即可完成图像与手术操作区域的对比。虽然这在一定程度上解决了不断在屏幕与手术区域切换的问题，却仍需术者反复将屏幕图像与手术区域之间图像进行比对，且会给医生带来额外的头部负重，限制了医生的视野，对手术操作的灵活性与精确性造成负面影响。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种可用于手术的不可见光显示设备用于指导医学手术，能解决现有技术存在的问题。
第一方面，本发明提供一种用于指导手术的不可见光显示设备，包括：
用于对成像物体的不可见光成像的成像装置和投影组件；
所述成像装置将成像的不可见光图像转换为可见光图像，并借助于所述投影组件使得所述可见光图像的可见光通过成像装置沿着原光路返回并叠加在所述成像物体上；
所述原光路为所述成像物体的光入射至所述成像装置的光路。
可选地，所述成像装置包括：
接收所述成像物体的可见光和不可见光影像的透镜/透镜组；
位于透镜/透镜组的成像侧的能够透射不可见光并反射可见光的分光组件，所述分光组件位于透镜/透镜组中心与所述透镜/透镜组的一倍焦距之间；
检测所述分光组件透射的不可见光影像的不可见光成像组件；
所述不可见光成像组件位于所述透镜/透镜组的一倍焦距和二倍焦距之间。
可选地，所述不可见光成像组件连接所述投影组件；
所述投影组件位于所述分光组件的可见光反射路径上，所述可见光反射路径为所述成像物体的可见光经由所述分光组件反射的路径；
所述投影组件将所述成像装置所成图像投射至所述分光组件，经所述分光组件反射后，沿着所述成像物体至分光组件的原光路返回并叠加在原成像物体上。
可选地，所述不可见光为近红外光，所述分光组件为带有透射近红外光膜层并反射可见光的棱镜/分束镜。
可选地，还包括：具有开口区域的壳体；所述透镜/透镜组位于所述开口区域；所述分光组件、不可见光成像组件和所述投影组件均安装在所述壳体内。
可选地，所述不可见光的波长范围为760nm-1mm。
第二方面，本发明还提供一种用于手术的光学指导系统，包括：如上任一方案所述的不可见光显示设备。
本发明具有的有益效果：
本发明的不可见光显示设备将不可见光成像的图像转换为可见光图像并创造性地以投影的方式整合进手术视野，使得手术医生可以裸眼(对于需要强激光激发的荧光成像应用，使用者可佩带无色透明护目镜)直接观察手术视野中的不可见光信息。
进一步地，上述不可见光显示设备体积小，成本低，可以应用在临床手术的光学指导系统中，在不改变医生手术操作习惯的基础上，有效提高医生手术的效果，较好的推广使用。
本发明解决了现有技术中的如下问题：
1.在现有技术中，使用者需要反复对比显示器上的图像和现实中的手术视野，将二者对比，为实际操作提供参考。而应用本发明时，不可见光直接叠加在被成像物体上，使得操作更加直观，避免图像比对中出现的误差。医生不再需要在屏幕与手术区域之间切换视野，缩短手术操作时间，降低手术操作风险。
2.在现有技术中，医生需要凭借记忆将屏幕上的图像与手术视野中的图像所进行对比，然后进行操作，这个过程将手术操作动作分割成不连贯的几部分。医生在操作过程中，需要集中精力在手术操作上，对于精细的操作，常常无暇随时观察屏幕上的图像。因此严格来讲，现有的术中指导不是实时的。在本发明中，医生能够在操作中获得实时的反馈图像，这种实时的成像信息为医生的手术操作提供无延时的参考。能够提高手术操作的准确性和连贯性。
附图说明
图1为现有技术示意图；现有技术同时拍摄可见光图像和不可见光图像，并在屏幕上显示；
图2为本发明实施例提供的不可见光显示设备的结构示意图。
附图标记说明
现有技术：01：红外相机；02：普通相机；
本申请：1：透镜/透镜组；2：分光组件；3：不可见光成像组件；4：投影组件；5：外壳。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
目前的投影技术在医学领域有一定的应用，例如帮助医护人员观测查找静脉血管的血管显像仪。该技术利用静脉血管对红外光吸收强于周围组织的特性，将浅表静脉血管可视化，用于帮助医护人员查找、评估、定位浅表静脉血管。可有效提高首次穿刺成功率、穿刺效率、血管查找准确率和效率，并能提高相关治疗的精准性和安全性。
本发明的创新难点：1.将原成像物体的不可见光信息转换为可见光图像并直接在被成像物体上显示，为变化的成像区域提供实时的参考；2.本发明中，利用相同光路，能够通过硬件实现投影在原成像物体的精确重合；3.可见光成像不受影响，可以在不影响传统的可见光操作的同时，为手术操作者提供不可见光的信息。
本发明将短波近红外荧光成像等不可见光成像技术获取的图像创造性地以投影的方式整合进手术操作视野，使得手术医生可以裸眼(必要时可佩带无色透明护目镜)直接观察手术视野中的近红外不可见光信息。这一技术同时显著降低了设备成本，其应用将极大地促进近红外荧光成像技术在临床手术应用的普及，改进手术效果，造福患者。
如图2所示，本发明实施例提供一种用于手术的不可见光显示设备，该不可见光显示设备包括：采集成像物体的不可见光图像的成像装置和投影组件；
上述的成像装置可将成像的不可见光图像转换为可见光图像，并借助于投影组件使得可见光图像的可见光通过成像装置沿着原光路返回并叠加在所述成像物体上；
所述原光路理解为所述成像物体的光(包括可见光和不可见光)入射至所述成像装置的光路。
所述成像装置与投影组件的共同光路为所述成像物体的光入射至所述成像装置内的分光组件的光路。
如图2所示，本实施例的成像装置可包括：透镜/透镜组1、分光组件2、不可见光成像组件3；
其中，透镜/透镜组1用于接收成像物体入射的不可见光和可见光；分光组件2用于将透镜/透镜组出射的不可见光透射，可见光反射；该分光组件2设置在所述透镜/透镜组1的成像侧且位于透镜/透镜组中心与透镜/透镜组的一倍焦距之间。
本实施例中投影组件可使得可见光图像的可见光沿着所述成像物体至分光组件2的入射光路返回以叠加在所述成像物体上。入射光路为成像物体的光经过透镜/透镜组入射至分光组件的光路。
在图2中，分光组件2与水平轴成一定角度(如45度角)以实现不同波长光的分离。即成像物体发出的不可见光经过透镜/透镜组再次(如近红外光)穿透分光组件2汇聚于不可见光成像组件3中的成像单元。
不可见光成像组件3用于采集从分光组件2透射的不可见光并形成图像，不可见光成像组件3位于所述透镜/透镜组的一倍焦距和两倍焦距之间。此时，应说明的是，不可见光成像组件所成的像是供人眼观察的，即不可见光成像组件3形成的图像为可见光图像。即，不可见光成像组件3将分光组件2透射的不可见光转换为可见光图像。
本实施例中成像物体位于透镜/透镜组物体侧的二倍焦距之外。
上述的不可见光成像组件3与投影组件4相连，将不可见光成像组件3形成的可见光图像通过投影组件4投影出去。在图2中，投影组件4位于所述分光组件2的可见光反射路径上。在具体实现过程中，还可以调整图2中投影组件4的位置，在投影组件4与分光组件2之间增加折射/反射组件，使得投影组件4的光线经过折射/反射组件沿着可见光反射路径进入到分光组件2上。本实施例可根据实际需要调整，并不限定投影组件4的具体位置。即在投影组件4之后和分光组件2之间的可见光路径上可以使用折射/反射组件，以调整投影组件4在不可见光显示设备中的位置。所述可见光反射路径为所述成像物体的可见光经由所述分光组件反射后的路径。
投影组件4包括：投影光源和镜投影显示单元；其中，投影光源发出可见光，镜投影显示单元显示的不可见光成像组件3形成的可见光图像，经过分光组件2反射后，经透镜/透镜组1出射，并沿着所述成像物体至分光组件的原光路返回并叠加在所述成像物体上。
在具体应用中，上述的不可见光可为近红外光，如波段可为760nm-1mm，此时，上述的分光组件可为带有透射近红外光膜层的棱镜/分束镜。
另外，上述图2中所示的不可见光显示设备还可包括：具有开口区域的壳体5；所述透镜/透镜组1位于所述壳体5的开口区域，用于入射成像物体的可见光和不可见光或者出射返回的用于叠加在成像物体上的可见光；分光组件2、不可见光成像组件3和所述投影组件4均安装在所述壳体内。
在具体实现过程中，不可见光显示设备还可以设置投影组件的控制开关，使医生可以随时控制投影的开关，调整投影的亮度、颜色等参数。
本实施例的不可见光显示设备能够将不可见光成像的图像转换为可见光图像并创造性地以投影的方式整合进手术视野，使得手术医生可以实时地以裸眼或佩带护目镜直接观察手术视野中的不可见光信息，解决了现有技术中医生需要不断在屏幕与手术区域切换的问题，不改变医生手术操作习惯，提高医生操作的精准性。
进一步地，上述不可见光显示设备体积小，成本低，可以应用在临床手术的光学指导系统中，以有效提高医生手术的效果，具有较好的推广使用价值。
本实施例中在不可见光显示设备的外壳内通过增加折射/反射组件等，进而灵活设置投影组件等的位置，使得结构可以根据需要灵活设置。
根据本发明实施例的另一方面，本发明实施例还提供一种光学指导系统，该手术中光学指导系统可包括上述任意实施例提及的不可见光显示设备。
举例来说，本实施例的不可见光显示设备不需要拍摄可见光，可以通过成像装置和投影组件，实现将成像物体的不可见光信息转换成可见光图像，并按照原光路投影在原成像物体上显示。
光学指导系统即利用上述实施例的任一方法，肉眼不可见的近红外光学信息变为可见，直观的投射于现实手术区域，医生利用肉眼或手术显微设备即可观察到高分辨率的不可见光信息，实时显示手术操作部位的不可见光信息，提高手术的精确性和安全性，相当于实时拓展了肉眼的视觉能力。
不可见光显示设备可以作为单独系统使用，也可以为现有手术指导系统增加投影附件来实现此功能，还可以与手术无影灯整合在一起使用。
或者，本实施例的不可见光显示设备能够单独实现实时的成像投影，也可以连接显示器，并在显示器上显示相关图像。
上述各个实施例可以相互参照，本实施例不对各个实施例进行限定。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种用于手术的不可见光显示设备，其特征在于，包括：用于对成像物体的不可见光成像的成像装置和投影组件；
所述成像装置将成像的不可见光图像转换为可见光图像，并借助于所述投影组件使得所述可见光图像的可见光通过成像装置沿着原光路返回并叠加在所述成像物体上；
所述原光路为所述成像物体的光入射至所述成像装置的光路。
2.根据权利要求1所述的不可见光显示设备，其特征在于，所述成像装置包括：
接收所述成像物体的可见光和不可见光影像的透镜/透镜组；
位于透镜/透镜组的成像侧的能够透射不可见光并反射可见光的分光组件，所述分光组件位于透镜/透镜组中心和所述透镜/透镜组的一倍焦距之间；
检测所述分光组件透射的不可见光影像的不可见光成像组件；
所述不可见光成像组件位于所述透镜/透镜组的一倍焦距和二倍焦距之间。
3.根据权利要求2所述的不可见光显示设备，其特征在于，所述不可见光成像组件连接所述投影组件；
所述投影组件位于所述分光组件的可见光反射路径上，所述可见光反射路径为所述成像物体的可见光经由所述分光组件反射的路径；
所述投影组件将所述不可见光成像组件所成图像/影像投射至所述分光组件，经所述分光组件反射后，沿着所述成像物体至分光组件的原光路返回并叠加在原成像物体上。
4.根据权利要求3所述的不可见光显示设备，其特征在于，
所述不可见光为近红外光，所述分光组件为带有透射近红外光膜层并反射可见光的棱镜/分束镜。
5.根据权利要求4所述的不可见光显示设备，其特征在于，
还包括：具有开口区域的壳体；所述透镜/透镜组位于所述开口区域；所述分光组件、不可见光成像组件和所述投影组件均安装在所述壳体内。
6.根据权利要求1所述的不可见光显示设备，其特征在于，
所述不可见光的波长范围为760nm-1mm。
7.一种用于手术的光学指导系统，其特征在于，包括：
如上权利要求1至6任一所述的不可见光显示设备。
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