CN109330550B - 一种呼吸内科用光谱式超细内镜智能检查装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种呼吸内科用超细光纤内镜检查装置，通过超细光纤传输红外光对病患进行内镜的检查，且红外光谱检测是无损检测大大降低了患者的痛苦，同时可以根据红外光谱的检测结果判断检查位置的物质成分，可以判断是出血、化脓、还是其他分泌物，有助于对病情的进一步判断；采用3DX射线对患者进行射线检查，可以充分判断患者体内病灶位的具体位置，同时内镜检查结合射线检查同时进行可以对内镜检查进行定位；采用摆动控制内镜管的头部，不必设置复杂的运动装置就可以实现内镜头部的摆动，大大提高了操作性。
Description
技术领域
本发明涉及内镜检查装置，尤其涉及一种呼吸内科用光谱式超细内镜智能检查装置。
背景技术
内窥镜是集中了传统光学、人体工程学、精密机械、现代电子、数学、软件等于一体的检测仪器。一个具有图像传感器、光学镜头、光源照明、机械装置等，它可以经口腔进入胃内或经其他天然孔道进入体内。利用内窥镜可以看到X射线不能显示的病变，因此它对医生非常有用。
支气管镜检查是利用直径约0.6公分的支气管镜，在施行咽喉局部麻醉后，经由口腔放入或由鼻腔放入或由气管切开口放入。由于支气管镜对人体刺激较大，且非常容易发生检查中的损伤，因此支气管镜往往给病患带来较大痛苦。
红外光谱分析（infrared spectra analysis指的是利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定。将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图形。当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动（例如伸缩振动和变角振动）。分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应，因此当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。分子的振动和转动的能量不是连续而是量子化的。但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁，使振动光谱呈带状。所以分子的红外光谱属带状光谱。
由于光谱的检测只需要发射和收集光，并不需要进行成像，因此其对于光纤的要求大大降低，且红外光谱对于检查对象的不同物质会呈现不同的光谱，可以根据光谱进一步判断位置的成分，非常有利于疾病的诊断。红外光谱所需的光纤更细，可以实现更小的刺激，一般情况下，红外光谱的光纤甚至可以到达0.1mm一下，当其进入人体时的刺激微乎其微，大大减少了病患的痛苦；但是由于过于细的光纤很难实现位置的控制，因此目前还鲜有应用。
虽然红外光谱检测的好处众多，但是光谱的识别速度以及光谱的识别准确率是影响其应用的一个难题。光谱的快速高准确度识别需要高速计算机的支持，云计算的出现为解决这一难题提供了帮助。
发明内容
针对上述内容，为解决上述问题，提供一种呼吸内科用光谱式超细内镜智能检查装置，包括云端服务器、内镜检查部、射线检查部以及控制主机，其特征在于：内镜部包括内镜光纤管、内镜发光仪、内镜光谱仪、内镜摆动控制仪；所述射线检查部包括射线发生仪、射线发射器、射线成像仪、图像处理装置、显示装置；控制主机连接云端服务器；
所述控制主机连接内镜发光仪和内镜光谱仪，内镜光谱仪和内镜发光仪分别通过内镜摆动控制仪连接内镜光纤管；所述射线发生仪、射线发射器、图像处理装置连接控制主机，射线发射器安装在射线发生仪上，射线成像仪连接图像处理装置，显示装置连接图像处理装置；
使用时同时启动内镜检查部和射线检查部，采用射线检查部进行对内镜光纤管的定位的同时通过内镜光纤管进行内镜光谱检查，控制主机根据内镜光谱检查的结果连接云端服务器进行光谱智能识别，并将检查结果与图像处理装置的图像结合，将检查的位置图像以及识别的成分显示在控制主机的显示器上。
内镜光纤光由两根超细光纤和包裹两根超细光纤的外皮构成，外皮的直径小于0.5mm；两根超细光纤分别为发射光纤和收集光纤，检查时内镜发光仪发射连续红外光，通过内镜光纤管内的发射光纤传输至待测部位，收集光纤收集待测部位的红外光谱，并发送至内镜光谱仪进行光谱分析；
内镜光纤管的检查端设置有固定超细光纤的固定块，使得超细光纤和外皮相对固定；固定块由不透过X射线的材料构成；
所述内镜检查部的内镜光纤管由透射X射线的材料构成，光纤管的外皮上沿着延伸方向设置有多个不透射X射线的射线标记。
所述射线检查部为3D射线检查部，射线发射器设置有两个射线发射头，分别为左射线发射头和右射线发射头，相间隔一段距离设置；两个射线发射头对同一内镜光纤管进行X射线成像后根据内镜光纤管上设置的射线标记对X射线图像进行三维重构，具体判断内镜光纤管的具体位置。
内镜光纤管的两端分别为控制端和检查端，其中控制端用于控制内镜光纤管头部的摆动，检查端用于发射和收集红外光，进行光谱检查；
所述内镜光纤管的检查端的端部两根超细光纤和外皮相对固定，但是其他位置两根超细光纤和外皮之间可以发生相对滑动； 所述内镜摆动控制仪内设置有压辊，压辊的数量为两个，两个压辊分别压住两根超细光纤，通过压辊的位置调节实现两根超细光纤的松紧；
当发射光纤比收集光纤更紧时，内镜光纤管的检查端向发射光纤的方向摆动，当收集光纤比发射光纤更紧时，内镜光纤管向收集光纤方向摆动。
所述射线检查部检查时两个射线发射头两个射线发射头交替发射X射线，并穿过待检查人体和内镜光纤管后成像在射线成像仪上，图像处理装置收集射线成像仪的图像，并将两个发射头所呈的图像进行计算，由于两个发射头的位置可知，根据两个发射头发出的光在射线成像仪上的成像位置就可以计算出检查位置的空间位置，图像处理装置将检查位置的空间位置计算出来，并以图像的方式显示在显示装置上，图像处理装置将获取的图像以及计算结果发送至控制主机，控制主机内存储有正常人体的标准图像，控制主机将检查图像与标准图像进行对比，获得异常位置范围，并将异常位置范围显示在显示装置上。
由于人体的器官会对X射线透射率不同，因此射线成像仪上可以对人体进行成像；而内镜光纤管的检查端和外皮上均设置有可以进行X光成像的标记，因此通过射线检查仪可同时获得内镜光纤管的位置和人体的位置。
所述内镜光纤管上的射线标记为呈间隔排列的多个标记点，标记点的距离互不相同，检查时可以根据不同的距离比例识别具体的标记点。
本发明的有益效果为：
本发明通过超细光纤传输红外光对病患进行内镜的检查，且红外光谱检测是无损检测大大降低了患者的痛苦，同时可以根据红外光谱的检测结果判断检查位置的物质成分，可以判断是出血、化脓、还是其他分泌物，有助于对病情的进一步判断；本发明采用3DX射线对患者进行射线检查，可以充分判断患者体内病灶部位的具体位置，同时内镜检查结合射线检查同时进行可以对内镜检查进行定位；本发明采用摆动控制内镜管的头部，不必设置复杂的运动装置就可以实现内镜头部的摆动，大大提高了操作性。本发明可以连接云端服务器智能识别光谱的成分，识别准确快速，直接显示分析的成分结果，且控制主机内存有健康人体的图像，可以智能识别异常位置进行标记。
附图说明
被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。
图1为本发明的装置整体结构示意图；
图2为本发明的检查原理的平视图；
图3为本发明的检查原理的俯视图；
图4为本发明的内镜光纤管的结构图；
图5为本发明的定位原理图。
具体实施方式
本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。
结合图1-5，本发明提供一种呼吸内科用光谱式超细内镜智能检查装置，包括内镜检查部、射线检查部以及控制主机，其特征在于：内镜部包括内镜光纤管4、内镜发光仪1、内镜光谱仪2、内镜摆动控制仪3；所述射线检查部包括射线发生仪5、射线发射器6、射线成像仪7、图像处理装置8、显示装置9；
所述控制主机连接内镜发光仪1和内镜光谱仪2，内镜光谱仪2和内镜发光仪1分别通过内镜摆动控制仪3连接内镜光纤管4；所述射线发生仪5、射线发射器6、图像处理装置8连接控制主机，射线发射器6安装在射线发生仪5上，射线成像仪7连接图像处理装置8，显示装置9连接图像处理装置8；
使用时同时启动内镜检查部和射线检查部，采用射线检查部进行对内镜光纤管4的定位的同时通过内镜光纤管4进行内镜光谱检查，控制主机根据内镜光谱检查的结果连接云端服务器进行光谱智能识别，并将检查结果与图像处理装置的图像结合，将检查的位置图像以及识别的成分显示在控制主机的显示器上。
内镜光纤光由两根超细光纤和包裹两根超细光纤的外皮构成，外皮的直径小于0.5mm；两根超细光纤分别为发射光纤701和收集光纤702，检查时内镜发光仪1发射连续红外光，通过内镜光纤管4内的发射光纤701传输至待测部位，收集光纤702收集待测部位的红外光谱，并发送至内镜光谱仪2进行光谱分析；
内镜光纤管4的检查端设置有固定超细光纤的固定块703，使得超细光纤和外皮相对固定；固定块703由不透过X射线的材料构成；
所述内镜检查部的内镜光纤管4由透射X射线的材料构成，光纤管的外皮上沿着延伸方向设置有多个不透射X射线的射线标记。
所述射线检查部为3D射线检查部，射线发射器6设置有两个射线发射头，分别为左射线发射头601和右射线发射头602，相间隔一段距离设置；两个射线发射头对同一内镜光纤管4进行X射线成像后根据内镜光纤管4上设置的射线标记对X射线图像进行三维重构，具体判断内镜光纤管4的具体位置。
内镜光纤管4的两端分别为控制端和检查端，其中控制端用于控制内镜光纤管4头部的摆动，检查端用于发射和收集红外光，进行光谱检查；
所述内镜光纤管4的检查端的端部两根超细光纤和外皮相对固定，但是其他位置两根超细光纤和外皮之间可以发生相对滑动； 所述内镜摆动控制仪3内设置有压辊，压辊的数量为两个，两个压辊分别压住两根超细光纤，通过压辊的位置调节实现两根超细光纤的松紧；
当发射光纤701比收集光纤702更紧时，内镜光纤管4的检查端向发射光纤701的方向摆动，当收集光纤702比发射光纤701更紧时，内镜光纤管4向收集光纤702方向摆动。
所述射线检查部检查时两个射线发射头两个射线发射头交替发射X射线，并穿过待检查人体和内镜光纤管4后成像在射线成像仪7上，图像处理装置8收集射线成像仪7的图像，并将两个发射头所呈的图像进行计算，由于两个发射头的位置可知，根据两个发射头发出的光在射线成像仪7上的成像位置就可以计算出检查位置的空间位置，图像处理装置8将检查位置的空间位置计算出来，并以图像的方式显示在显示装置9上，图像处理装置将获取的图像以及计算结果发送至控制主机，控制主机内存储有正常人体的标准图像，控制主机将检查图像与标准图像进行对比，获得异常位置范围，并将异常位置范围显示在显示装置上。
由于人体的器官会对X射线透射率不同，因此射线成像仪7上可以对人体进行成像；而内镜光纤管4的检查端和外皮上均设置有可以进行X光成像的标记，因此通过射线检查仪可同时获得内镜光纤管4的位置和人体的位置。
所述内镜光纤管4上的射线标记为呈间隔排列的多个标记点，标记点的距离互不相同，检查时可以根据不同的距离比例识别具体的标记点。
使用时先打开射线检查仪，对患者的病灶部位和病情进行初步的判断。之后开启内镜检查仪，将内镜管放入支气管，通过拉伸动作控制内镜管的深度，通过摆动控制内镜管头部的位置。同时使用射线检查仪拍摄内镜管标记点，进而对内镜管进行定位。医护人员可以观看显示装置操控内镜管到达病灶部位。控制主机将获取的图像与控制主机内存储的健康人体的图像进行比对，自动识别异常部位。
所述自动识别异常部位的方法为首先将图像进行扣除背景，并将扣除背景后的图像的尺寸和亮度进行归一化，之后将图像进行图像分割，分割为100×100个子区域。控制主机分别比较这10000个子区域中检查图像和标准图像的平均灰度的差值，将差值最大的50个区域识别为异常部位。
检查人员根据异常部位进行依次检查，使光纤到达检查位置后发射光纤发出红连续的外光，收集光纤收集检查部位反射的红外光，并进行光谱分析。光谱分析结果输入控制主机，控制主机根据光谱分析结构判断检查位置的成分。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种呼吸内科用光谱式超细内镜智能检查装置，包括云端服务器、内镜检查部、射线检查部以及控制主机，其特征在于：内镜检查部包括内镜光纤管（4）、内镜发光仪（1）、内镜光谱仪（2）、内镜摆动控制仪（3）；所述射线检查部包括射线发生仪（5）、射线发射器（6）、射线成像仪（7）、图像处理装置（8）、显示装置（9）；控制主机连接云端服务器；
所述控制主机连接内镜发光仪（1）和内镜光谱仪（2），内镜光谱仪（2）和内镜发光仪（1）分别通过内镜摆动控制仪（3）连接内镜光纤管（4）；所述射线发生仪（5）、射线发射器（6）、图像处理装置（8）连接控制主机，射线发射器（6）安装在射线发生仪（5）上，射线成像仪（7）连接图像处理装置（8），显示装置（9）连接图像处理装置（8）；
使用时同时启动内镜检查部和射线检查部，采用射线检查部进行对内镜光纤管（4）的定位的同时通过内镜光纤管（4）进行内镜光谱检查，控制主机根据内镜光谱检查的结果连接云端服务器进行光谱智能识别，并将检查结果与图像处理装置的图像结合，将检查的位置图像以及识别的成分显示在控制主机的显示器上；
内镜光纤管由两根超细光纤和包裹两根超细光纤的外皮构成，外皮的直径小于0.5mm；两根超细光纤分别为发射光纤（701）和收集光纤（702），检查时内镜发光仪（1）发射连续红外光，通过内镜光纤管（4）内的发射光纤（701）传输至待测部位，收集光纤（702）收集待测部位的红外光谱，并发送至内镜光谱仪（2）进行光谱分析；
内镜光纤管（4）的检查端设置有固定超细光纤的固定块（703），使得超细光纤和外皮相对固定；固定块（703）由不透过X射线的材料构成；
所述内镜检查部的内镜光纤管（4）由透射X射线的材料构成，光纤管的外皮上沿着延伸方向设置有多个不透射X射线的射线标记；
所述射线检查部为3D射线检查部，射线发射器（6）设置有两个射线发射头，分别为左射线发射头（601）和右射线发射头（602），相间隔一段距离设置；两个射线发射头对同一内镜光纤管（4）进行X射线成像后根据内镜光纤管（4）上设置的射线标记对X射线图像进行三维重构，具体判断内镜光纤管（4）的具体位置；所述射线检查部检查时两个射线发射头交替发射X射线，并穿过待检查人体和内镜光纤管（4）后成像在射线成像仪（7）上；
内镜光纤管（4）的两端分别为控制端和检查端，其中控制端用于控制内镜光纤管（4）头部的摆动，检查端用于发射和收集红外光，进行光谱检查；
所述内镜光纤管（4）的检查端的端部两根超细光纤和外皮相对固定，但是其他位置两根超细光纤和外皮之间可以发生相对滑动； 所述内镜摆动控制仪（3）内设置有压辊，压辊的数量为两个，两个压辊分别压住两根超细光纤，通过压辊的位置调节实现两根超细光纤的松紧；
当发射光纤（701）比收集光纤（702）更紧时，内镜光纤管（4）的检查端向发射光纤（701）的方向摆动，当收集光纤（702）比发射光纤（701）更紧时，内镜光纤管（4）向收集光纤（702）方向摆动；
图像处理装置（8）收集射线成像仪（7）的图像，并将两个发射头所呈的图像进行计算，由于两个发射头的位置可知，根据两个发射头发出的光在射线成像仪（7）上的成像位置就可以计算出检查位置的空间位置，图像处理装置（8）将检查位置的空间位置计算出来，并以图像的方式显示在显示装置（9）上，图像处理装置将获取的图像以及计算结果发送至控制主机，控制主机内存储有正常人体的标准图像，控制主机将检查图像与标准图像进行对比，获得异常位置范围，并将异常位置范围显示在显示装置上。
2.根据权利要求1所述的呼吸内科用光谱式超细内镜智能检查装置，其特征在于：由于人体的器官会对X射线透射率不同，因此射线成像仪（7）上可以对人体进行成像；而内镜光纤管（4）的检查端和外皮上均设置有可以进行X光成像的标记，因此通过射线检查仪可同时获得内镜光纤管（4）的位置和人体的位置。
3.根据权利要求1所述的呼吸内科用光谱式超细内镜智能检查装置，其特征在于所述内镜光纤管（4）上的射线标记为呈间隔排列的多个标记点，标记点的距离互不相同，检查时可以根据不同的距离比例识别具体的标记点。
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