CN112731647A

CN112731647A - 一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置

Info

Publication number: CN112731647A
Application number: CN202011634403.3A
Authority: CN
Inventors: 辜长明; 田宝龙
Original assignee: Qingdao Novelbeam Technology Co ltd
Current assignee: Qingdao Novelbeam Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-04-30

Abstract

本发明所要解决的技术问题是提供一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置，所述装置是在常规内窥镜的出射窗口处设置组合分光组件将内窥镜的成像光束分成两束具有视差的光束，两束具有视差的光束分别通过各自的成像组件，将被观察组织分别成像在各自的图像传感器上，通过图像处理及三维显示可观察到三维影像。本发明特别适宜使用常规二维内窥镜实现了二维内窥镜系统向三维内窥镜系统的升级,既实现产品技术升级换代，又可充分利用了现有医疗资源，避免医疗资源的浪费。

Description

一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置

技术领域

本发明涉及一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置，属于医疗器械领域。

背景技术

微创手术与传统开放式手术相比，具有创伤小、患者恢复快的优点，目前，微创手术在所有手术中所占的比例在逐年上升，微创手术所依靠的重要医疗器械就是内窥镜摄像系统，传统内窥镜摄像系统是二维摄像系统，仅能显示被观察组织和器械的二维平面信息，不能体现被观察组织和器械的立体纵深位置关系，手术过程中，组织和器械的立体纵深位置关系是非常重要的，有时会决定手术成功或失败，具有立体纵深视觉效果的三维内窥镜摄像系统是近几年技术在医疗领域的新应用，达芬奇机器人手术系统的摄像系统，就是依靠三维立体图像的采集、处理及显示，实现机器人进行手术。三维内窥镜摄像系统具有多个技术瓶颈，第一，三维成像的内窥镜技术难度大、成本高，第二，三维摄像系统存在三维图像的传输及处理问题，第三，三维显示设备的技术不完善，随着技术的进步，三维摄像系统的传输及三维图像处理问题已经逐渐完善，三维显示设备也有多种选择，特别是裸眼显示技术的进步，给医生提供了更舒适的视觉体验，三维内窥镜摄像及显示系统必将成为未来微创手术领域的标准配置。

开发一种成本低、技术难度小，使用常规内窥镜实现三维成像的装置一定会得到市场的认可。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置，所述装置是在常规内窥镜的出射窗口处设置组合分光组件将内窥镜的成像光束分成两束具有视差的光束，两束具有视差的光束分别通过各自的成像组件，将被观察组织分别成像在各自的图像传感器上，通过图像处理及三维显示可观察到三维影像。

现结合附图详细说明本发明的技术方案：

一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置，含内窥镜出瞳（11）、组合分光组件（21）、第一成像组件（22）和第二成像组件（23），第一成像组件（22）含成像镜头一（221）和图像传感器一（222），第二成像组件（23）含成像镜头二（231）和图像传感器二(232)，内窥镜出瞳（11）是内窥镜的出瞳，是限制内窥镜出射光束孔径的孔径光阑的像，图像传感器一（222）和图像传感器二（232）是图像传感器，通常为CMOS或CCD ，成像镜头一（221）和成像镜头二（231）是将内窥镜的虚像分别成实像至图像传感器一（222）和图像传感器二（223）的成像镜头，其特征在于，组合分光组件（21）含孔径光阑一（211）、第一反射元件（212），第二反射元件（213）、孔径光阑二（214）、第三反射元件（215）和第四反射元件（216），所述孔径光阑一（211）与内窥镜的出瞳（11）在同一平面，所述孔径光阑二（214）与内窥镜的出瞳（11）在同一平面，所述孔径光阑一（211）和孔径光阑二（214）在内窥镜出瞳孔径范围内，所述孔径光阑一（211）和孔径光阑二（214）不重叠，孔径光阑一（211）是限制进入第一成像组件（22）光束孔径的光阑，孔径光阑二（214）是限制进入第二成像组件（23）光束孔径的光阑，第一反射元件（212）与内窥镜光轴的夹角为α1，夹角α1的范围为0°＜α1＜90°，第二反射元件（213）与第一反射元件（212）在内窥镜光轴的同一侧，第二反射元件（213）与从第一反射元件（212）反射光束的光轴的夹角为α2，夹角α2的范围为0°＜α2＜90°，第三反射元件（215）与内窥镜光轴夹角为α3，夹角α3的范围为0°＜α3＜90°，第四反射元件（216）与第三反射元件（215）在内窥镜光轴的同一侧，第四反射元件（216）与从第三反射元件（215）反射光束的光轴的夹角为α4，夹角α4的范围为0°＜α4＜90°，沿光束传播方向，从内窥镜出射的一部分光束经过孔径光阑一（211）和第一反射元件（212）后，依次经过第二反射元件（213）及第一成像组件（22），从内窥镜出射的一部分光束经过孔径光阑二（214）和第三反射元件（215）后，依次经过第四反射元件（216）及第二成像组件（23）。

本发明的进一步特征在于，由于内窥镜出瞳距离不同，孔径光阑一（211）设置在内窥镜和第一反射镜（212）之间，孔径光阑二（214）设置在内窥镜和第三反射镜（215）之间，或者孔径光阑一（211）设置在第一反射镜（212）和第二反射镜（213）之间，孔径光阑二（214）设置在第三反射镜（215）和第四反射镜（216）之间。

本发明的进一步特征在于，第一反射元件（212）、第二反射元件（213）、第三反射元件（215）和第四反射元件（216）可为平面反射镜或反射棱镜之一。

本发明的进一步特征在于，第一反射元件（212）、第二反射元件（213）、第三反射元件（215）或第四反射元件（216）的反射面可为平面、球面、或非球面之一。

本发明的进一步特征在于，孔径光阑一（211）和孔径光阑二（214）的具有相同的形状和尺寸。

本发明的优点在于：通过本发明的一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置，可使用普通二维内窥镜得到两幅具有视差的视频图像，即实现了普通二维内窥镜系统向三维内窥镜系统的升级，既降低了三维内窥镜摄像系统对三维内窥镜的需求，又可有效利用医院现有二维内窥镜，既实现产品技术升级换代，又可充分利用了现有医疗资源，避免医疗资源的浪费。

附图说明

图1：本发明一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置示意图一。

图2：本发明一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置示意图二。

图3：本发明一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置示意图三。

图4：本发明三维成像装置视差原理示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案和工作原理。

所有实施例都具有与发明内容所述结构完全相同的结构，为避免重复，以下实施例仅罗列关键的技术指标。

实施例１：

孔径光阑一211在内窥镜与第一反射元件212之间，孔径光阑一211为直径1mm的圆孔，孔径光阑二214在内窥镜与第三反射元件215之间，孔径光阑二214为直径1mm的圆孔，第一反射元件212、第二反射元件213、第三反射元件215和第四反射元件216均为平面反射镜，α1=15°，α2=15°，α3=15°，α4=15°。

工作原理：

本发明的一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置与内窥镜、光源、三维图像处理设备及三维立体显示设备组成三维摄像显示系统，本发明成像装置连接在内窥镜的出射端，孔径光阑一211和孔径光阑二214均位于内窥镜的出瞳11处，孔径光阑一211和孔径光阑二214分别通过内窥镜出瞳11的不同孔径的光束，通过孔径光阑一211的内窥镜成像光束为第一成像光束，通过孔径光阑二214的内窥镜成像光束为第二成像光束，第一成像光束和第二成像光束均为常规内窥镜的成像光束，假设：参与内窥镜成像的光束夹角为γ0，第一成像光束夹角为γ1，第二成像光束夹角为γ2，第一成像光束与第二成像光束包含在内窥镜成像光束γ0夹角范围内,第一成像光束和第二成像光束之间的夹角为γ，第一成像光束和第二成像光束不相交，则第一成像光束和第二成像光束是内窥镜所观察的组织的不同视角的光束，包含被观察组织的不同视差信息，第一成像光束通过孔径光阑一211、第一反射元件212、第二反射元件213和第一成像组件22，形成图像一，第二成像光束通过孔径光阑二214、第三反射元件215、第四反射元件216和第二成像组件23，形成图像二，图像一和图像二包含被观察组织的不同视差信息，通过三维图像处理设备的对图像一和图像二处理进行处理，由三维立体显示设备可呈现三维立体图像。

实施例2：

孔径光阑一211在内窥镜与第一反射元件212之间，孔径光阑一211为边长1mm的方孔，孔径光阑二214在内窥镜与第三反射元件215之间，孔径光阑二214为边长1mm的方孔，第一反射元件212、第二反射元件213、第三反射元件215和第四反射元件216均为反射棱镜，α1=45°，α2=45°，α3=45°，α4=45°。

工作原理：

本实施例工作原理与实施例1完全相同，不在赘述。

实施例3：

孔径光阑一211在第一反射元件212与第二反射元件213之间，孔径光阑一211为边长1mm的方孔，孔径光阑二214在第三反射元件215与第四反射元件216之间，孔径光阑二214为边长1mm的方孔，第一反射元件212、第二反射元件213、第三反射元件215和第四反射元件216均为球面反射棱镜，α1=75°，α2=75°，α3=75°，α4=75°；

工作原理：

本实施例工作原理与实施例1完全相同，不在赘述。

本发明的一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置，特别适宜使用常规二维内窥镜实现了二维内窥镜系统向三维内窥镜系统的升级。

Claims

1.一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置，含内窥镜出瞳（11）、组合分光组件（21）、第一成像组件（22）和第二成像组件（23），第一成像组件（22）含成像镜头一（221）和图像传感器一（222），第二成像组件（23）含成像镜头二（231）和图像传感器二(232)，内窥镜出瞳（11）是内窥镜的出瞳，是限制内窥镜出射光束孔径的孔径光阑的像，图像传感器一（222）和图像传感器二（232）是图像传感器，通常为CMOS或CCD ，成像镜头一（221）和成像镜头二（231）是将内窥镜的虚像分别成实像至图像传感器一（222）和图像传感器二（223）的成像镜头，其特征在于，组合分光组件（21）含孔径光阑一（211）、第一反射元件（212），第二反射元件（213）、孔径光阑二（214）、第三反射元件（215）和第四反射元件（216），所述孔径光阑一（211）与内窥镜的出瞳（11）在同一平面，所述孔径光阑二（214）与内窥镜的出瞳（11）在同一平面，所述孔径光阑一（211）和孔径光阑二（214）在内窥镜出瞳孔径范围内，所述孔径光阑一（211）和孔径光阑二（214）不重叠，孔径光阑一（211）是限制进入第一成像组件（22）光束孔径的光阑，孔径光阑二（214）是限制进入第二成像组件（23）光束孔径的光阑，第一反射元件（212）与内窥镜光轴的夹角为α1，夹角α1的范围为0°＜α1＜90°，第二反射元件（213）与第一反射元件（212）在内窥镜光轴的同一侧，第二反射元件（213）与从第一反射元件（212）反射光束的光轴的夹角为α2，夹角α2的范围为0°＜α2＜90°，第三反射元件（215）与内窥镜光轴夹角为α3，夹角α3的范围为0°＜α3＜90°，第四反射元件（216）与第三反射元件（215）在内窥镜光轴的同一侧，第四反射元件（216）与从第三反射元件（215）反射光束的光轴的夹角为α4，夹角α4的范围为0°＜α4＜90°，沿光束传播方向，从内窥镜出射的一部分光束经过孔径光阑一（211）和第一反射元件（212）后，依次经过第二反射元件（213）及第一成像组件（22），从内窥镜出射的一部分光束经过孔径光阑二（214）和第三反射元件（215）后，依次经过第四反射元件（216）及第二成像组件（23）。

2.根据权利要求1所述的一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置，其特征在于，由于内窥镜出瞳距离不同，孔径光阑一（211）设置在内窥镜和第一反射镜（212）之间，孔径光阑二（214）设置在内窥镜和第三反射镜（215）之间，或者孔径光阑一（211）设置在第一反射镜（212）和第二反射镜（213）之间，孔径光阑二（214）设置在第三反射镜（215）和第四反射镜（216）之间。

3.根据权利要求1所述的一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置，其特征在于，第一反射元件（212）、第二反射元件（213）、第三反射元件（215）和第四反射元件（216）可为平面反射镜或反射棱镜之一。

4.根据权利要求1所述的一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置，其特征在于，第一反射元件（212）、第二反射元件（213）、第三反射元件（215）或第四反射元件（216）的反射面可为平面、球面、或非球面之一。

5.根据权利要求1所述的一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置，其特征在于，孔径光阑一（211）和孔径光阑二（214）的具有相同的形状和尺寸。

6.根据权利要求1所述的一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置，孔径光阑一（211）在内窥镜与第一反射元件（212）之间，孔径光阑一（211）为直径1mm的圆孔，孔径光阑二（214）在内窥镜与第三反射元件（215）之间，孔径光阑二（214）为直径1mm的圆孔，第一反射元件（212）、第二反射元件（213）、第三反射元件（215）和第四反射元件（216）均为平面反射镜，α1=15°，α2=15°，α3=15°，α4=15°。

7.根据权利要求1所述的一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置，孔径光阑一（211）在内窥镜与第一反射元件（212）之间，孔径光阑一（211）为边长1mm的方孔，孔径光阑二（214）在内窥镜与第三反射元件（215）之间，孔径光阑二（214）为边长1mm的方孔，第一反射元件（212）、第二反射元件（213）、第三反射元件（215）和第四反射元件（216）均为反射棱镜，α1=45°，α2=45°，α3=45°，α4=45°。

8.根据权利要求1所述的一种使用常规内窥镜实现三维成像的装置，孔径光阑一（211）在第一反射元件（212）与第二反射元件（213）之间，孔径光阑一（211）为边长1mm的方孔，孔径光阑二（214）在第三反射元件（215）与第四反射元件（216）之间，孔径光阑二（214）为边长1mm的方孔，第一反射元件（212）、第二反射元件（213）、第三反射元件（215）和第四反射元件（216）均为球面反射棱镜，α1=75°，α2=75°，α3=75°，α4=75°。