CN109965987A - 一种具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜 - Google Patents

一种具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜，其特征在于：包括主载体、设于所述主载体上的摄像系统、用于显示所述摄像系统采集的图像的显示装置，所述的主载体所述主载体上设有所述显示装置；所述摄像系统包括获取术野图像的术野摄像系统，所述术野摄像系统包括可获取细胞组织断层扫描图像的共聚焦激光扫描成像系统；所述共聚焦激光扫描成像系统包括共聚焦激光扫描探头和共聚焦激光扫描主机，所述共聚焦激光扫描探头采集的图像经所述共聚焦激光扫描主机处理后输出至所述显示装置。该机器人外视镜其能够在手术过程中快速便捷地获得术野、病灶或细胞剖面图，帮助医生准确地判断病灶的性质，实时做出精确的治疗手术方案。

Description

一种具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜
技术领域
本发明医疗器械领域技术领域，具体涉及一种具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜。
背景技术
目前在各类临床诊断一般采用如下方式进行诊断：(1)凭借医生经验辅以各种侵入式的医疗诊断方式来对患者病症进行诊断，该诊断过程中，侵入式的诊断方法其诊断过程中容易对患者造成痛苦与不适，同时还存在检测精度较低、诊断效率不高等缺点。(2)从待诊断的组织中提取样品，进行活检。由于活检组织一般较小，其难以准确地反映待监测部位的整体状况，也即难以确定待活检的部位，使得该方法在临床使用中，对于病灶的性质判断和手术治疗的开展均产生较大的制约。
共聚焦显微激光镜是一种常用于呼吸和消化道检测的显微成像设备，目前的共聚焦显微镜一般分为两种，一种是将共聚焦激光设备整合到传统消化道内镜的最前端(Pentax ISC-1000)，另一种则是新型探头式的共聚焦显微激光内镜其中，后者可以灵活的插入普通消化内经的活检钳道，针对胃、肠、胆道有多种不同的型号，可以在探头移动中观察到一定深度粘膜层面的组织和细胞结构。
就目前的共聚焦显微激光镜而言，其主要问题在于：仍然需要插入到检测部位才能进行诊断；且目前的共聚焦显微激光镜一般是独立的一套设备，常用消化道疾病术前/术后的检查与诊断。而对于手术过程中而言，却没有相应的观察诊断设备。一方面导致目前手术视野不够精准直观；另一方面对于手术过程出现的病变情况或怀疑病时，需要暂停手术过程重新等待分析结果。既增加了病人痛苦，又增加了手术风险。
因此，为了提高诊断效率和诊断精度，减少患者痛苦，有必要让医生能轻易获得术野、病灶或细胞剖面图，以使医生能够通过比较分析了解术处活体组织的病变情况，帮助医生准确地判断病灶的性质，实现现场实时做出精确的治疗手术方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术之不足，本发明提供了一种具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜，其能够在手术过程中快速便捷地获得术野、病灶或细胞剖面图，帮助医生准确地判断病灶的性质，实时做出精确的治疗手术方案。
为解决以上技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一种具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜，包括主载体、设于所述主载体上的摄像系统、用于显示所述摄像系统采集的图像的显示装置，所述的主载体所述主载体上设有所述显示装置；
所述摄像系统包括获取术野图像的术野摄像系统，所述术野摄像系统包括可获取细胞组织断层扫描图像的共聚焦激光扫描成像系统；
所述共聚焦激光扫描成像系统包括共聚焦激光扫描探头和共聚焦激光扫描主机，所述共聚焦激光扫描探头采集的图像经所述共聚焦激光扫描主机处理后输出至所述显示装置。
进一步的，所述共聚焦激光扫描探头包括将荧光信号转化为数字信号的信号处理模块，所述信号处理模块与所述共聚焦激光扫描主机电连接。
进一步的，所述共聚焦激光扫描探头还包括激光光源、分光镜、物镜、共聚焦探测器，所述激光光源发射的激光依次经过分光镜和物镜照射至被测组织上，所述共聚焦探测器接受被测组织被激发的荧光，并将荧光信号传输至所述信号处理模块。
进一步的，所述共聚焦激光扫描主机连接有操控设备，所述操控设备可操控共聚焦激光扫描主机进行模式控制和开关机操作，操控设备的模式控制包括扫描模式和普通模式；所述操控设备可以是操作面板、操作键盘或手持操作设备。
进一步的，所述术野摄像系统还包括用于获取术野或病兆处组织图像的高清摄像系统，所述高清摄像系统包括高清摄像设备和用于接收并处理所述高清摄像设备拍摄图像的高清图像处理主机，所述高清图像处理主机将处理后的图像传输至所述显示装置上。
进一步的，所述高清摄像系统能够拍摄二维或三维高清图像。
进一步的，所述显示装置包括用于术野摄像系统图像显示的若干台术野显示器，所述术野显示器包括设于所述主载体上的第一术野显示器和若干用于远程显示的第二术野显示器，所述术野摄像系统拍摄的术野图像可通过有线或无线方式传输至所述第二术野显示器。
进一步的，所述摄像系统还包括场景摄像系统，所述场景摄像系统包括场景摄像头和场景图像处理主机，所述场景摄像头采集的图像经所述场景图像处理主机后传输至所述显示装置上；
所述场景摄像头采用高清的CCD光学系统成像，可以进行360°全景摄像；
所述场景摄像头包括单个的光学镜头、或者是多个光学镜头组成的场景摄像阵列。
进一步的，所述显示装置包括用于场景摄像系统图像显示的若干台场景显示器，所述场景显示器包括设于所述主载体上的第一场景显示器和若干用于远程显示的第二场景显示器，所述场景摄像系统拍摄的场景图像可通过有线或无线方式传输至所述第二场景显示器。
进一步的，所述主载体包括具有至少5个转动自由度的机械臂，所述机械臂上设有术野安装架，所述共聚焦激光扫描探头可拆卸地设置在所述安装架上。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过主载体的协助，可以很方便的在手术过程中，利用共聚焦激光扫描成像系统对手术处的组织进行扫描，并将包括术野或病灶处的细胞剖面图像清晰地展现在显示装置上，帮助医生在手术过程中实时解患者身体情况，准确地判断病灶的性质，便于医生在现场实时精确地做出或调整手术治疗方案。
本发明还设置了高清摄像系统，其能够将手术处的组织表面的二维/三维高清图像清晰地展现在显示器上。通过将该高清图像与细胞断层图像结合，能够帮助医生更加准确地判断病灶的性质，进一步提高了手术方案的精确性。
本发明的机器人外视镜通过配置场景摄像装置，可以根据需要对手术环境进行360度全景摄像，并利用显示器将手术场景显示在显示器上，便于手术医生指挥和调配；通过设置多台3D显示器和场景显示器，可以场景摄像装置拍摄的场景传或手术图像送至手术室外，进行远程实时手术指导和教学，为实现远程手术开辟了方向。此外，还可以利用场景摄像装置拍摄手术过程中医生的手法、动作等，以便于后续学术交流和教学。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术作进一步地详细说明：
图1是本发明所述的共聚焦激光扫描探头的结构示意图；
图2是本发明所述的机器人外视镜的结构示意图；
图3是采用共聚焦激光扫描成像系统对细胞组织断层的扫描效果图。
附图说明：
1、主载体；2、机械臂；21、安装架；3、显示装置；31、第一术野显示器；32、第一场景显示器；4、场景摄像系统；41、场景摄像头；42、场景图像处理主机；5、共聚焦激光扫描成像系统；51、共聚焦激光扫描探头；511、信号处理模块；512、激光光源；513、分光镜； 514、物镜；515、共聚焦探测器；52、共聚焦激光扫描主机；6、高清摄像系统；61、高清摄像设备；62、高清图像处理主机；7、被测组织；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜，如图1～3所示，包括主载体1、设于主载体1上的摄像系统、用于显示摄像系统采集的图像的显示装置3，的主载体1 主载体1上设有显示装置3；
摄像系统包括获取术野图像的术野摄像系统，术野摄像系统包括可获取细胞组织断层扫描图像的共聚焦激光扫描成像系统5；
共聚焦激光扫描成像系统5包括共聚焦激光扫描探头51和共聚焦激光扫描主机52，共聚焦激光扫描探头51采集的图像经共聚焦激光扫描主机52处理后输出至显示装置3。
如图1所示，共聚焦激光扫描探头51包括激光光源512、分光镜513、物镜514、共聚焦探测器515和信号处理模块511。共聚焦激光扫描主机52控制激光光源512发射一定波长的激光，该激光经过分光镜513调整光线的方向后，经过物镜514聚焦于被测组织7的焦平面。在荧光素钠的作用下，被测组织7的被照射点受激发而发射出的荧光，被激发出来的荧光被共聚焦探测器515接收，而后传输至信号处理模块511。信号处理模块511将接收的荧光图像信号转换成数字信号后，通过数据传输线路传输至共聚焦激光扫描主机52。该数字信号经共聚焦激光扫描主机52处理后传输至显示装置3显示。
共聚焦激光扫描主机52连接有操控设备(图中未示)，操控设备可操控共聚焦激光扫描主机52进行模式控制和开关机操作，操控设备的模式控制包括扫描模式和普通模式；操控设备可以是操作面板、操作键盘或手持操作设备。
如图1所示，术野摄像系统还包括用于获取术野或病兆处组织图像的高清摄像系统6，高清摄像系统6包括高清摄像设备61和用于接收并处理高清摄像设备61拍摄图像的高清图像处理主机62，高清图像处理主机62将处理后的图像传输至显示装置3上。
其中，高清摄像系统6能够拍摄二维或三维高清图像。用户可根据需要选择设置用于拍摄二位或三维高清图像的高清摄像系统6。
高清摄像设备61包括至少一个高清光学镜头，高清光学镜头51的分辨率为1280×720，像素为至少200万，且至少满足10倍的光学变焦，以适配不同的需求，高清摄像头镜头周围设计有LED灯提供或加强照明。
如设置为拍摄二位高清图像，高清光学镜头的数量可以为1个。
如设置为拍摄三位高清图像，高清光学镜头的数量为两个，且两个高清光学镜头成一体或分开安装在机械手臂的安装架21上。此时高清摄像设备61的两个高清光学镜头可分别模拟人的两只眼睛，对同一目标同时分别成像，高清图像处理摄像主机对2个独立影像进行处理，整合成3D影像模式输出到显示器。3D影像显示模式有：需佩戴3D眼镜才能看到的三维立体图像的模式，或者不需要佩戴3D眼镜便可观看到三维图像的裸眼3D模式，或者以三维立体模型形式显示在显示装置3上。
如图1所示，摄像系统还包括场景摄像系统4，场景摄像系统4包括场景摄像头41和场景图像处理主机42，场景摄像头41采集的图像经场景图像处理主机42后传输至显示装置3 上；场景图像处理主机42对1个或多个图像进行处理，具有图像整合、图像切换和画面分割以及图像输出功能。
场景摄像头41采用高清的CCD光学系统成像，并采用多镜头全景摄像机系统，可以进行360°全景摄像；
场景摄像头41包括单个的光学镜头、或者是多个光学镜头组成的场景摄像阵列。
如图1所示，显示装置3包括用于术野摄像系统图像显示的若干台术野显示器、用于场景摄像系统4图像显示的若干台场景显示器。术野显示器包括设于主载体1上的第一术野显示器31和若干用于远程显示的第二术野显示器，术野摄像系统拍摄的术野图像可通过有线或无线方式传输至第二术野显示器(图中未示)。
场景显示器包括设于主载体1上的第一场景显示器32和若干用于远程显示的第二场景显示器，场景摄像系统4拍摄的场景图像可通过有线或无线方式传输至第二场景显示器(图中未示)。
本发明通过主载体1的协助，可以很方便的在手术过程中，利用共聚焦激光扫描成像系统5对手术处的组织进行扫描，并将包括术野或病灶处的细胞剖面图像清晰地展现在显示装置上，帮助医生在手术过程中实时解患者身体情况，准确地判断病灶的性质，便于医生在现场实时精确地做出或调整手术治疗方案。
如图1所示，主载体1包括具有至少5个转动自由度的机械臂2，机械臂2上设有术野安装架21，共聚焦激光扫描探头51可拆卸地设置在安装架21上
具体的，机械臂2包括由若干连杆依次铰接而成，机械臂2可同时实现水平和竖直方向的转动，且连杆221间在水平方向的最大转动角度不小于300°；该机械臂2至少包括3个关节、5个自由度，机械臂2的每个关节在水平方向旋转至少可达到300°，机械臂2的臂展长度不超过1800mm，机械臂2的上下摆动高度在850—2400mm之间(以手术室水平地面为参考面)。
其机器臂控制方式可以设计为机械式或者电动式的。机械式的控制方式是指机器臂是机械或液压结构设计，可通过人工手动操纵机器臂的运动，从而带动共聚焦激光扫描探头51和高清摄像设备61的运动；电动式的控制方式是指通过微型电机带动机器臂运动，实现术野摄像系统的运动。
本发明所述的具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜的其它内容参见现有技术，在此不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜，其特征在于：包括主载体、设于所述主载体上的摄像系统、用于显示所述摄像系统采集的图像的显示装置，所述的主载体所述主载体上设有所述显示装置；
所述摄像系统包括获取术野图像的术野摄像系统，所述术野摄像系统包括可获取细胞组织断层扫描图像的共聚焦激光扫描成像系统；
所述共聚焦激光扫描成像系统包括共聚焦激光扫描探头和共聚焦激光扫描主机，所述共聚焦激光扫描探头采集的图像经所述共聚焦激光扫描主机处理后输出至所述显示装置。
2.根据权利要求1所述的具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜，其特征在于：
所述共聚焦激光扫描探头包括将荧光信号转化为数字信号的信号处理模块，所述信号处理模块与所述共聚焦激光扫描主机电连接。
3.根据权利要求2所述的所述具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜，其特征在于：所述共聚焦激光扫描探头还包括激光光源、分光镜、物镜、共聚焦探测器，所述激光光源发射的激光依次经过分光镜和物镜照射至被测组织上，所述共聚焦探测器接受被测组织被激发的荧光，并将荧光信号传输至所述信号处理模块。
4.根据权利要求1所述的具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜，其特征在于：所述共聚焦激光扫描主机连接有操控设备，所述操控设备可操控共聚焦激光扫描主机进行模式控制和开关机操作，操控设备的模式控制包括扫描模式和普通模式；所述操控设备可以是操作面板、操作键盘或手持操作设备。
5.根据权利要求1所述的具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜，其特征在于：所述术野摄像系统还包括用于获取术野或病兆处组织图像的高清摄像系统，所述高清摄像系统包括高清摄像设备和用于接收并处理所述高清摄像设备拍摄图像的高清图像处理主机，所述高清图像处理主机将处理后的图像传输至所述显示装置上。
6.根据权利要求5所述的具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜，其特征在于：所述高清摄像系统能够拍摄二维或三维高清图像。
7.根据权利要求1所述的具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜，其特征在于：所述显示装置包括用于术野摄像系统图像显示的若干台术野显示器，所述术野显示器包括设于所述主载体上的第一术野显示器和若干用于远程显示的第二术野显示器，所述术野摄像系统拍摄的术野图像可通过有线或无线方式传输至所述第二术野显示器。
8.根据权利要求1所述的具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜，其特征在于：
所述摄像系统还包括场景摄像系统，所述场景摄像系统包括场景摄像头和场景图像处理主机，所述场景摄像头采集的图像经所述场景图像处理主机后传输至所述显示装置上；
所述场景摄像头采用高清的CCD光学系统成像，可以进行360°全景摄像；
所述场景摄像头包括单个的光学镜头、或者是多个光学镜头组成的场景摄像阵列。
9.根据权利要求8所述的具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜，其特征在于：所述显示装置包括用于场景摄像系统图像显示的若干台场景显示器，所述场景显示器包括设于所述主载体上的第一场景显示器和若干用于远程显示的第二场景显示器，所述场景摄像系统拍摄的场景图像可通过有线或无线方式传输至所述第二场景显示器。
10.根据权利要求1所述的具有共聚焦激光扫描功能的机器人外视镜，其特征在于：所述主载体包括具有至少5个转动自由度的机械臂，所述机械臂上设有术野安装架，所述共聚焦激光扫描探头可拆卸地设置在所述安装架上。
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