CN110013321A - 一种具有oct功能的机器人外视镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有OCT功能的机器人外视镜，包括机器人载体、设于所述机器人载体上的摄像系统，所述的机器人载体包括载体主体、机器手臂和用于显示所述摄像系统采集的图像的显示装置；所述摄像系统包括术野摄像系统，所述术野摄像系统包括OCT成像系统，所述术野摄像系统设于所述机器手臂上。该机器人外视镜能在手术过程中方便地获取组织的断层扫描图像，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OCT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OCT功能的机器人外视镜。

背景技术

目前在各类临床开放性手术中，通常需要凭借医生经验或利用各种侵入式的医疗诊断方式来对患者病症进行诊断，一方面，侵入式的诊断方法其诊断过程中常常对患者带来痛苦与不适；另一方面，目前常用的诊断方法还存在检测精度较低、诊断效率不高等缺点。

OCT(即Optical Coherence Tomography，光学相干层析成像技术)是近十年迅速发展起来的一种成像技术，是一种非接触、高分辨率层析和生物显微镜成像设备，它利用弱相干光干涉仪的基本原理，检测生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，并将这些光信号经计算机处理便得到被检测生物组织断层扫描图像。但目前OCT设备一般用于眼底疾病术前/术后的检查与诊断，而对于手术过程中而言，却没有配套的诊断设备。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或病灶处组织的断层扫描图像，以帮助医生准确地判断病灶的性质，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OCT功能的机器人外视镜，其能在手术过程中方便地获取组织的断层扫描图像，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OCT功能的机器人外视镜，包括机器人载体、设于所述机器人载体上的摄像系统，所述的机器人载体包括载体主体、机器手臂和用于显示所述摄像系统采集的图像的显示装置；

所述摄像系统包括术野摄像系统，所述术野摄像系统包括OCT成像系统，所述术野摄像系统设于所述机器手臂上。

进一步的，所述的OCT成像系统包括OCT探头、OCT主机，所述OCT探头通过通讯电缆与OCT主机电性连接，所述OCT探头采集的图像经过所述OCT主机处理后传输至所述显示装置上。

进一步的，所述OCT探头包括超发光二极管光源、分光计，干涉仪、图像处理芯片、用于接收分光光线的第一接收器、用于接收目标样品反射光线的第二接收器；

所述干涉仪位于所述超发光二极管光源与所述图像处理芯片之间，所述干涉仪与所述图形处理芯片之间电性连接，所述图像处理芯片通过所述通讯电缆与所述OCT主机电性连接；

所述分光计位于所述超发光二极管光源的下方，且所述分光计的下方设置有所述第一接收器和第二接收器。

进一步的，所述OCT主机连接有操控设备，所述操控设备可操控OCT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；所述操控设备是操作面板或操作键盘或手持操作设备。

进一步的，所述术野摄像系统包括高清摄像系统或3D成像系统；

所述高清摄像系统采用高清光学镜头，所述高清光学镜头的分辨率为1280×720，像素为至少200万，且满足至少10倍的光学变焦；

所述3D成像系统包括3D摄像头和3D主机；3D摄像头是两个独立的光学镜头，成一体或分开安装在所述机械手臂的镜头支架上。

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术野摄像系统图像显示的术野显示器、用于场景摄像系统图像显示的场景显示器，所述显示器为可供不同摄像系统同时成像的单个显示器，或者为由至少两个独立的显示器阵列。

进一步的，所述机器手臂包括固定座、机械臂、显像机械手；

所述显像机械手后端固设在所述固定座上，前端安装所述显示装置；

所述机械臂包括由若干连杆依次铰接而成，所述机械臂可同时实现水平和竖直方向的转动。

进一步的，所述载体主体为可移动的工作台车，所述工作台车包括箱体、万向脚轮、设于所述箱体内的小气瓶支架和电源，所述箱体设有后箱门和推拉手柄，所述箱体内还设有抽屉和至少3层隔板，所述的隔板之间的高度位置可以调节。

进一步的，所述载体主体为可平移地吊设在手术室天花板上的吊台，所述吊台包括置物架、立杆、转动臂、吊装部；

所述置物架至少设有3层隔板，所述隔板之间的高度位置可以调节，所述置物架的上端通过所述立杆与所述转动臂的一端；

所述转动臂的另一端与所述转动部铰接，并可相对所述吊装部水平转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过机器人载体的协助，可以很方便的在手术过程中，利用OCT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断层图像清晰地展现在显示装置上。其中，OCT的轴向分辨力取决于光源的相干特性，其轴向分辨率可达10um，且其穿透深度几乎不受眼透明屈光介质的限制。其不仅可观察眼前节，而且能显示眼后节的形态结构。本发明通过将OCT应用于手术过程中，尤其是眼科手术过程中，能够帮助医生准确地判断病灶的性质，现场实时做出精确的治疗手术方案，有效地减轻病人痛苦，降低手术风险。

本发明还设置了高清/3D成像系统，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断层扫描图像结合，能够更加准确地判断病灶的性质，进一步提高手术方案的精确性。

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，并显示在显示器上，方便手术医生指挥和调配；同时也可以场景摄像装置拍摄的场景传送至手术室外，进行远程实时手术教学；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OCT探头的结构示意图；

图2是本发明实施例1所述的工作台车设置OCT和高清光学摄像头的结构示意图；

图3是本发明实施例1所述的工作台车设置OCT和3D摄像头的结构示意图；

图4是本发明所述的机器手臂的结构示意图；

图5是本发明实施例2所述的机器人外视镜的结构示意图；

图6是OCT探头对细胞组织断层的扫描效果图。

附图说明：

1、载体主体；11、工作台车；12、吊台；121、置物架；122、立杆；123、转动臂；124、吊装部；2、机器手臂；21、固定座；22、机械臂；221、连杆；2211、前端连杆；23、显像机械手；24、镜头支架；25、把手；26、显像分臂；3、显示装置；4、场景摄像头；5、术野摄像系统；51、高清光学镜头；52、3D摄像头；53、OCT探头；531、超发光二极管光源；532、分光计；5321、参考光线；5322、样品光线；533、第一接收器；534、第二接收器；535、干涉仪；536、图像处理芯片；537、目标样品；7、3D主机；8、OCT主机；

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OCT功能的机器人外视镜，如图1～4所示，包括机器人载体、设于机器人载体上的摄像系统，的机器人载体包括载体主体1、机器手臂2和用于显示摄像系统采集的图像的显示装置3；

显示装置3包括用于术野摄像系统5图像显示的术野显示器、用于场景摄像系统图像显示的场景显示器，显示器为可供不同摄像系统同时成像的单个显示器，或者为由至少两个独立的显示器阵列。摄像系统包括术野摄像系统5，术野摄像系统5包括OCT成像系统，术野摄像系统5设于机器手臂2上。

OCT成像系统包括OCT探头53、OCT主机8，OCT探头53通过通讯电缆与OCT主机8电性连接，OCT探头53采集的图像经过OCT主机8处理后传输至显示装置3上。

其中，OCT主机连接有操控设备，操控设备可操控OCT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；操控设备可以是操作面板、操作键盘或手持操作设备。

通过机器人载体1的协助，可以很方便的在手术过程中，利用OCT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断层图像清晰地展现在显示装置上。其中，OCT的轴向分辨力取决于光源的相干特性，其轴向分辨率可达10um，且其穿透深度几乎不受眼透明屈光介质的限制。其不仅可观察眼前节，而且能显示眼后节的形态结构。本发明通过将OCT应用于手术过程中，尤其是眼科手术过程中，能够帮助医生准确地判断病灶的性质，现场实时做出精确的治疗手术方案，有效地减轻病人痛苦，降低手术风险。

如图1所示，OCT探头53超发光二极管光源531、分光计532，干涉仪535、图像处理芯片536、用于接收分光光线的第一接收器533、用于接收目标样品537反射光线的第二接收器534。

干涉仪535位于超发光二极管光源531与图像处理芯片536之间，干涉仪535与图形处理芯片之间电性连接，图像处理芯片536通过通讯电缆与OCT主机8电性连接。

分光计532位于超发光二极管光源531的下方，且分光计532的下方设置有第一接收器533和第二接收器534。

超发光二极管光源531发射出的光波，由分光计532分成频率相同的两束。其中一束作为参考光线5321由第一接收器533直接接收并回传给干涉仪535；另一束作为样品光线5322发射至目标组织，并经组织反射收被第二接收器534接收并回传到干涉仪535。干涉仪535535对回传过来的样品光线5322进行干涉处理后传输到图像处理芯片536；图像处理芯片536根据干涉处理后的信号计算其干涉数据得到OCT信号，该OCT信号再传输到OCT主机经计算机系统处理后输出到显示装置3；从而可以在显示装置上显示清晰的二维或三维深度结构的组织断层图像，有助于医生准确地判断病灶的性质，并可以在现场实时做出精确的治疗手术方案。其成像可参见图6。

在上述实施例中，如图2～5所示，摄像系统还包括场景摄像系统，场景摄像系统包括场景摄像头4和场景图像处理主机，场景摄像头4采集的图像经场景图像处理主机后传输至显示装置3上；图像处理主机对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。

具体的，场景摄像头4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4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。

场景摄像头4位于机器手臂2处，具体的，场景摄像头4设于机器固定座21与机械臂21的连接位置处。

如图2～3所示，术野摄像系统5还包括高清摄像系统或3D成像系统，高清摄像系统采用高清光学镜头51；

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。

3D成像系统包括3D摄像头52和3D主机7；3D摄像头52是两个独立的光学镜头，成一体或分开安装在机械手臂的镜头支架24上。3D摄像头52模拟人的两只眼睛，对同一目标同时分别成像，3D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器上。

在上述实施例中，如图2～图5所示，机器手臂2包括固定座21、机械臂21、显像机械手23；

显像机械手23后端固设在固定座21上，前端安装显示装置3；

机械臂21的后端与固定座21转动连接，前端安装有镜头支架24，镜头支架24的离地高度在850～2400mm。

具体的，机械臂21包括由若干连杆221依次铰接而成，机械臂21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°；机械臂21的臂展长度不超过1800mm。

具体的，如图4所示，该机械臂21用于安装镜头支架24的连杆221，即前端连杆2211，可以是固定的，也可以是由两根连杆221同轴连接后组成的可伸缩连杆221。该前端连杆2211的下端设置有可耐高温消毒的把手25把手2525。该机械臂21至少包括3个关节、5个自由度，机械臂21的每个关节在水平方向旋转至少可达到300°，机械臂21的臂展长度不超过1800mm，机械臂21的上下摆动高度在850—2400mm之间(以手术室水平地面为参考面)。

在具体实施例1中，如图2～3所示，载体主体1为可移动的工作台车11，工作台车11包括箱体、万向脚轮、设于所述箱体内的小气瓶支架和电源，所述箱体设有后箱门和推拉手柄，所述箱体内还设有抽屉和至少3层隔板，所述的隔板之间的高度位置可以调节。该实施例中，机械手臂的固定座21固设在工作台车11上。

在另一具体实施例2中，如图5所示，载体主体1为可平移地吊设在手术室天花板上的吊台12，吊台12包括置物架121、立杆122、转动臂123、吊装部124；

置物架121至少设有3层隔板，隔板之间的高度位置可以调节，置物架121的上端通过立杆122与转动臂123的一端；

转动臂123的另一端与转动部铰接，并可相对吊装部124水平转动。

其中，机械手臂的固定座21以与吊装部124相同或相近地方式可平移地吊装在天花板上。其显像机械手23通过显像分臂26固定在固定座21上，显像分臂26有5个但不限于5个自由度，带动显示器以合适角度方向显示。

本发明所述的具有OCT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OCT功能的机器人外视镜，其特征在于：包括机器人载体、设于所述机器人载体上的摄像系统，所述的机器人载体包括载体主体、机器手臂和用于显示所述摄像系统采集的图像的显示装置；

所述摄像系统包括术野摄像系统，所述术野摄像系统包括OCT成像系统，所述术野摄像系统设于所述机器手臂上。

2.根据权利要求1所述的具有OCT功能的机器人外视镜，其特征在于：所述的OCT成像系统包括OCT探头、OCT主机，所述OCT探头通过通讯电缆与OCT主机电性连接，所述OCT探头采集的图像经过所述OCT主机处理后传输至所述显示装置上。

3.根据权利要求2所述的具有OCT功能的机器人外视镜，其特征在于：所述OCT探头包括超发光二极管光源、分光计，干涉仪、图像处理芯片、用于接收分光光线的第一接收器、用于接收目标样品反射光线的第二接收器；

所述干涉仪位于所述超发光二极管光源与所述图像处理芯片之间，所述干涉仪与所述图形处理芯片之间电性连接，所述图像处理芯片通过所述通讯电缆与所述OCT主机电性连接；

所述分光计位于所述超发光二极管光源的下方，且所述分光计的下方设置有所述第一接收器和第二接收器。

4.根据权利要求2所述的具有OCT功能的机器人外视镜，其特征在于：所述OCT主机连接有操控设备，所述操控设备可操控OCT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；所述操控设备是操作面板或操作键盘或手持操作设备。

5.根据权利要求1所述的具有OCT功能的机器人外视镜，其特征在于：所述术野摄像系统包括高清摄像系统或3D成像系统；

所述高清摄像系统采用高清光学镜头，所述高清光学镜头的分辨率为1280×720，像素为至少200万，且满足至少10倍的光学变焦；

所述3D成像系统包括3D摄像头和3D主机；3D摄像头是两个独立的光学镜头，成一体或分开安装在所述机械手臂的镜头支架上。

6.根据权利要求1所述的具有OCT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。

7.根据权利要求1所述的具有OCT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术野显示器、用于场景摄像系统图像显示的场景显示器，所述显示器为可供不同摄像系统同时成像的单个显示器，或者为由至少两个独立的显示器阵列。

8.根据权利要求1所述的具有OCT功能的外视镜，其特征在于：所述机器手臂包括固定座、机械臂、显像机械手；

所述显像机械手后端固设在所述固定座上，前端安装所述显示装置；

所述机械臂包括由若干连杆依次铰接而成，所述机械臂可同时实现水平和竖直方向的转动。

9.根据权利要求1所述的具有OCT功能的机器人外视镜，其特征在于：所述载体主体为可移动的工作台车，所述工作台车包括箱体、万向脚轮、设于所述箱体内的小气瓶支架和电源，所述箱体设有后箱门和推拉手柄，所述箱体内还设有抽屉和至少3层隔板，所述的隔板之间的高度位置可以调节。

10.根据权利要求1所述的OCT功能的机器人外视镜，其特征在于：所述载体主体为可平移地吊设在手术室天花板上的吊台，所述吊台包括置物架、立杆、转动臂、吊装部；

所述置物架至少设有3层隔板，所述隔板之间的高度位置可以调节，所述置物架的上端通过所述立杆与所述转动臂的一端；

所述转动臂的另一端与所述转动部铰接，并可相对所述吊装部水平转动。