CN109459848A - 探头式共聚焦显微内窥镜、其对焦装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置，包括固定座、身份匹配模块、物镜位移调整机构、主控芯片，所述固定座上设有插头安装座，所述身份匹配模块包括身份信息记录模块、身份信息识别模块，所述身份信息识别模块设置于所述插头安装座上，所述身份信息记录模块设置于传像光纤束的近端插头上，当所述传像光纤束的近端插头插入所述插头安装座上时，所述身份信息识别模块读取所述身份信息记录模块上的探头身份信息，主控芯片分别与所述身份信息识别模块及物镜位移调整机构相连，用于根据所述身份信息识别模块上的探头身份信息向所述物镜位移调整机构提供对焦位置以将物镜调整到对焦位置处。本发明还提供一种对焦方法及共聚焦显微内窥镜。

Description

探头式共聚焦显微内窥镜、其对焦装置及方法

技术领域

本发明涉及共聚焦显微内窥镜对焦技术领域，具体而言，涉及一种探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置、对焦方法及包含该对焦装置的内窥镜。

背景技术

探头式共聚焦显微内窥镜(pCLE)是一种可以借助胃镜、结肠镜等电子内镜的器械通道将共聚焦探头伸入人体，并以接收逐点扫描的退扫描荧光信号的方式来获得一定像素尺寸、帧率的局部组织微小病灶、胃肠道病变及早期胃肠道癌变图像的精准诊断的医疗设备。通过一系列实时的图像，经验丰富的医生可以①实时做出准确的诊断或者②采集实时图像，然后根据图像中的病变特征做出诊断。因为具有快速、准确且无创等特点，探头式共聚焦显微内窥镜有望在不久的将来取代传统的内镜活检与病理学检查，成为胃肠道疾病及早期胃肠道癌症诊断的主要手段及设备。

探头式共聚焦显微内窥镜由两个子系统组成：共聚焦主机与共聚焦探头，两个子系统之间通过物镜及与其配合的对焦装置进行交互作用。一般而言，探头通过传像光纤束插入共聚焦主机的对焦装置时，都需要进行一次对焦。由于共聚焦主机各个系统装配后的系统误差，以及探头的制造误差，因此每换一次探头均需要重新对焦，而每次对焦均采用相同的方法再进行一次，这样不够灵活的对焦方法使得每次对焦均花费较长时间，明显降低了探头式共聚焦显微内窥镜的工作效率。

因此，提供一种能快速提高探头式共聚焦显微内窥镜的对焦效率的技术是需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置，包括固定座、身份匹配模块、物镜位移调整机构、主控芯片，所述固定座上设有插头安装座，所述身份匹配模块包括身份信息记录模块、身份信息识别模块，所述身份信息识别模块设置于所述插头安装座上，所述身份信息记录模块设置于传像光纤束的近端插头上，当所述传像光纤束的近端插头插入所述插头安装座上时，所述身份信息识别模块读取所述身份信息记录模块上的探头身份信息，主控芯片分别与所述身份信息识别模块及物镜位移调整机构相连，用于根据所述身份信息识别模块上的探头身份信息向所述物镜位移调整机构提供对焦位置以将物镜调整到对焦位置处。

本发明的具体方案为：

一种探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置，包括：

固定座，包括基座、插头安装座；

身份匹配模块，包括身份信息记录模块、身份信息识别模块，所述身份信息记录模块上记录有探头身份信息，所述身份信息识别模块用于读取所述探头身份信息，所述身份信息记录模块设置于传像光纤束的近端插头上，所述身份信息识别模块设置于所述插头安装座上，当所述传像光纤束的近端插头插入所述插头安装座上时，所述身份信息识别模块读取所述身份信息记录模块上的探头身份信息；

物镜位移调整机构，设置于所述基座上，用于使共聚焦主机的物镜轴向移动以达到对焦位置；

主控芯片，分别与所述身份信息识别模块及物镜位移调整机构相连，用于根据所述身份信息识别模块上的探头身份信息向所述物镜位移调整机构提供所述对焦位置。

本发明还提供一种探头式共聚焦显微内窥镜的对焦方法，包括如下步骤：

S1，将身份信息记录模块设置于传像光纤束的近端插头上，将所述身份信息识别模块设置于固定座上的插头安装座上，将传像光纤束的近端插头插入所述插头安装座上，所述身份信息识别模块读取所述身份信息记录模块中的探头身份信息；

S2，将读取的探头身份信息传送给主控芯片，主控芯片根据所述探头身份信息向物镜位移调整机构提供对焦位置；

S3，所述物镜位移调整机构使共聚焦主机的物镜上的物镜轴向移动以达到所述对焦位置。

本发明再提供一种探头式共聚焦显微内窥镜，包括物镜、传像光纤束、上述探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置的一部分的结构示意图；

图2为本发明提供的探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置的另一部分的连接关系图；

图3为本发明提供的一种探头式共聚焦显微内窥镜的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的模块可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或模块必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求模块绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个模块内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，“输入”、“输出”、“反馈”、“形成”等术语应理解为是描述一种光学、电学变化或光学、电学处理。如“形成”仅仅是指光信号或电信号通过该模块、仪器或装置之后发生了光学上或电学上的变化，使得所述光信号或所述电信号受到处理，进而获得实施技术方案或解决技术问题所需要的信号。

在本发明的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述该微型显微物镜及显微内窥镜中各模块的工作原理，表现所述装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各模块之间的相对位置关系，并不能构成对模块或结构内的光路方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。

如图1、图2所示，本发明提供一种探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置，包括：

固定座，包括基座101、插头安装座102；

身份匹配模块，包括身份信息记录模块201、身份信息识别模块202，所述身份信息记录模块上记录有探头身份信息，所述身份信息记录模块设置于传像光纤束的近端插头上，所述身份信息识别模块设置于所述插头安装座上，当所述传像光纤束的近端插头111插入所述插头安装座上时，所述身份信息识别模块读取所述身份信息记录模块上的探头身份信息；

物镜位移调整机构3，设置于所述基座上，用于根据对焦位置使共聚焦主机的物镜轴向移动以达到对焦位置；

主控芯片400，分别与所述身份信息识别模块202及物镜位移调整机构3相连，用于根据所述身份信息识别模块上的探头身份信息向所述物镜位移调整机构提供所述对焦位置。

本发明提供的一种探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置的工作原理为：将所述传像光纤束的近端插头插入所述插头安装座上，所述身份信息识别模块读取所述身份信息记录模块上的探头身份信息，主控芯片根据所述身份信息识别模块上的探头身份信息向所述物镜位移调整机构提供对焦位置，物镜位移调整机构使共聚焦主机的物镜轴向移动以达到所述对焦位置。

进一步地，所述主控芯片400包括对焦位置初始化模块401、对焦位置储存模块402，所述对焦位置初始化模块，用于所述身份信息识别模块第一次读取所述身份信息记录模块上的探头身份信息时，通过对焦算法计算所述探头的对焦位置，所述对焦位置、身份信息记录模块及共聚焦主机上的信息形成对焦关系组Z=F（X，Y），其中，Z为对焦位置、X为信息记录模块上的探头身份信息、Y为共聚焦主机的身份信息；所述对焦位置储存模块用于存储所述对焦关系组。当所述身份信息识别模块第一次读取所述身份信息记录模块上的探头身份信息时，通过初始化模块生成对焦位置；从第二次开始，先根据探头身份信息从对焦位置储存模块中寻找是否有相应的对焦位置，若有则直接提取，若无，则通过初始化模块生成对焦位置。该方案使得交替更换多个探头时，只有第一次探头与共聚焦主机相配合时需要计算对焦位置，后面再配合时直接从对焦位置储存模块中提取，大大缩短了对焦时间。

进一步地，所述对焦算法为反差对焦算法，所述对焦初始化模块包括图像采集单元、图像反差计算单元，所述图像采集单元用于所述物镜每移动一次采集一次传像光纤束的端面图像，所述图像反差计算单元用于根据所获得的所有传像光纤束的端面图像，计算出所有反差量，最大的反差量即为所述对焦位置。反差对焦算法能较准确地计算对焦位置。

进一步地，所述身份信息记录模块为ID芯片，所述身份信息识别模块为ID识别芯片。采用芯片作为身份信息的记录与读取载体，使得身份信息的形式表达呈现多样化，数据存储量较大。

进一步地，所述ID芯片上包括代表探头身份信息的序列号、探头的型号、探头的生产批次信息中的一种或多种。

进一步地，所述物镜位移调整机构包括步进电机及丝杠机构，所述步进电机的最小步进小于1um，其空程间隙小于5um。通过步进电机与丝杠的配合可以较好地实现电机旋转时带动物镜轴向移动；步进电机的最小步进小于1um，其空程间隙小于5um，可以在合理的成本下选择到合适的步进电机、从而保证对焦的一致性与重复性。

本发明还提供一种探头式共聚焦显微内窥镜的对焦方法，包括如下步骤：

S1，将身份信息记录模块设置于传像光纤束的近端插头上，将所述身份信息识别模块设置于固定座上的插头安装座上，将传像光纤束的近端插头插入所述插头安装座上，所述身份信息识别模块读取所述身份信息记录模块中的探头身份信息；

S2，将读取的探头身份信息传送给主控芯片，主控芯片根据所述探头身份信息向物镜位移调整机构提供对焦位置；

S3，所述物镜位移调整机构使共聚焦主机的物镜上的物镜轴向移动以达到所述对焦位置。

该对焦方法，通过对探头身份信息的识别，主控芯片根据探头身份信息的具体情况向物镜位移调整机构提供对焦位置。

进一步地，所述步骤S2具体包括：

S21，所述身份信息识别模块第一次读取所述身份信息记录模块上的探头身份信息；

S22，通过对焦算法计算所述探头的对焦位置，所述对焦位置、身份信息记录模块及共聚焦主机上的信息形成对焦关系组Z=F（X，Y），其中，Z为对焦位置、X为信息记录模块上的探头身份信息、Y为共聚焦主机的身份信息，所述对焦关系组存储到主控芯片中，所述对焦算法为反差对焦算法，具体包括：所述物镜每移动一次采集一次传像光纤束的端面图像，根据所获得的所有传像光纤束的端面图像，计算出所有反差量，最大的反差量即为所述对焦位置；

S23，从第二次开始，所述身份信息识别模块读取某个身份信息记录模块上的探头身份信息，将所述探头身份信息反馈给主控芯片，所述主控芯片对所述探头身份信息进行搜索，若主控芯片中存储有该探头身份信息，则直接提取所述探头身份信息所对应的对焦关系组中的对焦位置，若主控芯片中无该探头身份信息，则返回步骤S22。

上述方法使得同一个身份信息的探头与共聚焦主机配合时，只有第一次对焦时需要通过对焦算法计算对焦位置，从第二次开始直接从主控芯片中提取相应的对焦位置即可，当交替更换多个探头时，大大缩短了对焦时间。

如图3所示，本发明还提供一种探头式共聚焦显微内窥镜，包括激光器5、扩束镜组6、二向色镜7、二维扫描机构8、中继镜组9、物镜10、传像光纤束11、探头12、针孔透镜13、光电探测器14、上述任一项所述探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置。

该探头式共聚焦显微内窥镜的工作原理为：当探头12通过传像光纤束11插入对焦装置中的插头安装座102上后，对焦装置通过位移调整机构3将物镜移到对焦位置，然后开始成像，成像过程为：激光器5发出的激发激光经二向色镜7反射后进入二维扫描机构8并被其扫描偏转，逐次进入中继镜组9，到达物镜10进行耦合，以使扫描偏转后的激发激光聚焦到探头12的近端，再通过传像光纤束11传输到注射过荧光染色剂的病灶15上；传像光纤束远端的探头12收集病灶15被激发的散射荧光，并经由前述的物镜10、中继镜组9、二维扫描机构8退扫描到二向色镜7处，并透过二向色镜7及其后的针孔透镜13、光电探测器14，经由特定的算法、光电探测器接收的信号序列将被转换、并拼接成与空间对应、具有一定像素尺寸及帧率的组织图像实时显示在显示设备上。

进一步地，所述物镜的NA与传像光纤束的NA相当，所述物镜的视场大于所述传像光纤束的视场。这样可以使双向耦合效率最大化，同时，当物镜的视场大于所述传像光纤束的视场时，可以合理的放松传像光纤束的机械同轴度而不影响传像光纤束接收全视场的图像。

进一步地，所述传像光纤束，由数万根单模光纤构成，所述单模光纤的材料为塑料或石英。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置，其特征在于，包括：

固定座，包括基座、插头安装座；

身份匹配模块，包括身份信息记录模块、身份信息识别模块，所述身份信息记录模块上记录有探头身份信息，所述身份信息记录模块设置于传像光纤束的近端插头上，所述身份信息识别模块设置于所述插头安装座上，当所述传像光纤束的近端插头插入所述插头安装座上时，所述身份信息识别模块读取所述身份信息记录模块上的探头身份信息；

物镜位移调整机构，设置于所述基座上，用于使共聚焦主机的物镜轴向移动以达到对焦位置；

主控芯片，分别与所述身份信息识别模块及物镜位移调整机构相连，用于根据所述身份信息识别模块上的探头身份信息向所述物镜位移调整机构提供所述对焦位置。

2.根据权利要求1所述的探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置，其特征在于，所述主控芯片包括对焦位置初始化模块、对焦位置储存模块，所述对焦位置初始化模块，用于所述身份信息识别模块第一次读取所述身份信息记录模块上的探头身份信息时，通过对焦算法计算所述探头的对焦位置，所述对焦位置、身份信息记录模块及共聚焦主机上的信息形成对焦关系组Z=F（X，Y），其中，Z为对焦位置、X为信息记录模块上的探头身份信息、Y为共聚焦主机的身份信息；所述对焦位置储存模块用于存储所述对焦关系组。

3.根据权利要求2所述的探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置，其特征在于，所述对焦算法为反差对焦算法，所述对焦初始化模块包括图像采集单元、图像反差计算单元，所述图像采集单元用于所述物镜每移动一次采集一次传像光纤束的端面图像，所述图像反差计算单元用于根据所获得的所有传像光纤束的端面图像，计算出所有反差量，最大的反差量即为所述对焦位置。

4.根据权利要求1-3任一项所述的探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置，其特征在于，所述身份信息记录模块为ID芯片，所述身份信息识别模块为ID识别芯片。

5.根据权利要求4所述的探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置，其特征在于，所述ID芯片上包括代表探头身份信息的序列号、探头的型号、探头的生产批次信息中的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置，其特征在于，所述物镜位移调整机构包括步进电机及丝杠机构，所述步进电机的最小步进小于1um，其空程间隙小于5um。

7.一种探头式共聚焦显微内窥镜的对焦方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，将身份信息记录模块设置于传像光纤束的近端插头上，将所述身份信息识别模块设置于固定座上的插头安装座上，将传像光纤束的近端插头插入所述插头安装座上，所述身份信息识别模块读取所述身份信息记录模块中的探头身份信息；

S2，将读取的探头身份信息传送给主控芯片，主控芯片根据所述探头身份信息向物镜位移调整机构提供对焦位置；

S3，所述物镜位移调整机构使共聚焦主机的物镜上的物镜轴向移动以达到对焦位置。

8.根据权利要求7所述的探头式共聚焦显微内窥镜的对焦方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S21，所述身份信息识别模块第一次读取所述身份信息记录模块上的探头身份信息；

S22，通过对焦算法计算所述探头的对焦位置，所述对焦位置、身份信息记录模块及共聚焦主机上的信息形成对焦关系组Z=F（X，Y），其中，Z为对焦位置、X为信息记录模块上的探头身份信息、Y为共聚焦主机的身份信息，所述对焦关系组存储到主控芯片中；

S23，从第二次开始，所述身份信息识别模块读取某个身份信息记录模块上的探头身份信息，将所述探头身份信息反馈给主控芯片，所述主控芯片对所述探头身份信息进行搜索，若主控芯片中存储有该探头身份信息，则直接提取所述探头身份信息所对应的对焦关系组中的对焦位置，若主控芯片中无该探头身份信息，则返回步骤S22。

9.一种探头式共聚焦显微内窥镜，其特征在于，包括物镜、传像光纤束、权利要求1-6任一项所述探头式共聚焦显微内窥镜的对焦装置。

10.根据权利要求9所述的探头式共聚焦显微内窥镜，其特征在于，所述物镜的NA与传像光纤束的NA相当，所述物镜的视场大于所述传像光纤束的视场。