CN113925443A - 3d全息影像人工智能微创内窥镜系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，具体公开了一种3D全息影像人工智能微创内窥镜系统，包括：具有外壳的内窥镜本体、控制手柄以及主机，所述内窥镜本体与所述控制手柄通过蛇骨连接；内窥镜本体包括设置在外壳内部的3D镜头模块、光源模块以及3D图像采集模块，所述3D镜头模块的输出端通讯连接于所述3D图像采集模块的输入端，所述光源模块电连接于所述控制手柄；控制手柄内部设置有3D图像处理模块，所述主机上设置有显示模块。本发明具有在内窥镜外壳内设置各模块，能够将获取到的图像进行一系列处理得到清晰的3D全息图像，从而能够让医生更清楚地了解患者身体内部情况的优点。

Description

3D全息影像人工智能微创内窥镜系统
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及了一种3D全息影像人工智能微创内窥镜系统。
背景技术
在医疗领域中，电子内窥镜常用于观察患者的体内情况，常见的电子内窥镜有电子喉镜、电子胃镜等。电子内窥镜主要由单个CMOS或CCD摄像头、中空的引导管和控制显示模块组成；摄像头设于引导管的前端，引导管的管内可通导线，引导管的后端部连接控制显示模块。当使用电子内窥镜时，引导管插入患者的体内（如从患者的口腔部插入），至患者体内的某处时，摄像头进行摄像或拍摄，医护人员可通过显示模块实时观看有关图像。
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。例如，借助内窥镜医生可以观察胃内的溃疡或肿瘤，据此制定出最佳的治疗方案。
现在市场上广泛应用的内窥镜拍摄的只是二维图像，并不能真实的反映患者身体内部的情况。
发明内容
针对现有技术存在传统的内窥镜拍摄的二维图像不能真实反映患者身体内部的情况，本发明的目的在于提供一种3D全息影像人工智能微创内窥镜系统，具有在内窥镜外壳内设置各模块，能够将获取到的图像进行一系列处理得到清晰的3D全息图像，从而能够让医生更清楚地了解患者身体内部情况的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种3D全息影像人工智能微创内窥镜系统，其特征在于，包括：具有外壳的内窥镜本体、控制手柄以及主机，所述内窥镜本体与所述控制手柄通过蛇骨连接；
内窥镜本体包括设置在外壳内部的3D镜头模块、光源模块以及3D图像采集模块，所述3D镜头模块的输出端通讯连接于所述3D图像采集模块的输入端，所述光源模块电连接于所述控制手柄；
控制手柄内部设置有3D图像处理模块，所述3D图像采集模块的输出端通讯连接于所述3D图像处理模块的输入端，所述3D图像处理模块的输出端通讯连接于所述主机的输入端，所述主机上设置有显示模块，所述显示模块的输入端通信连接于所述主机的输出端；
其中，3D镜头模块获取3D影像信息并输出至3D图像采集模块，3D图像采集模块对3D影像信息进行图像采集，获得3D图像并将3D图像输出至3D图像处理模块，3D图像处理模块对3D图像进行图像优化处理以及图像深度信息合成，获得3D高清图像，并将得到的3D高清图像输出至主机，通过主机内的APP对3D高清图像进行合成，生成3D全息图像并将3D全息图像输出至显示模块，显示模块用于显示3D全息图像。
作为本申请的优选方案，所述3D图像处理模块对3D图像进行图像优化处理获得3D高清图像具体为：运用SRCNN算法对获取到的3D图像进行超分辨率重构处理，获得3D高清图像。
采用上述方案，通过SRCNN算法能够对模糊的3D图像进行高清化处理，并且处理图像的速度快，效率高。
作为本申请的优选方案，运用SRCNN算法对获取到的3D图像进行超分辨率重构处理，获得3D高清图像具体为：
对3D图像进行预处理，使用bi-cubic算法对3D图像进行分辨率放大，获得模糊图像；
将模糊图像输入至卷积神经网络进行处理，得到高分辨率的3D高清图像。
作为本申请的优选方案，所述将模糊图像输入至卷积神经网络进行处理，得到高分辨率的3D高清图像具体为：
对模糊图像进行图像块提取，获得多个图像块，对每个图像块被卷积操作表示为多维的特征向量，所有的特征向量组成特征矩阵；
将n1维特征矩阵通过卷积操作实现非线性映射，得到n2维特征矩阵；
将n2维特征矩阵进行反卷积，还原为超分辨图像，从而获得3D高清图像。
作为本申请的优选方案，所述3D镜头模块包括两个光学耐高温镜头以及感光芯片，所述光学耐高温镜头设置在所述外壳内部的一端并贯穿所述外壳，所述感光芯片设置在所述外壳内部，所述感光芯片电连接于所述光学耐高温镜头，所述光学耐高温镜头通讯连接于所述图像采集模块。
采用上述方案，通过两个光学耐高温镜头以及感光芯片，能够高效地采集3D影像信息，从而能够为后续的3D图像采集模块提供充足的3D影像信息，保证了影像的完整性。
作为本申请的优选方案，所述蛇骨的一端设置在所述外壳远离所述光学耐高温镜头的一端，蛇骨的另外一端与所述控制手柄连接。
采用上述方案，控制手柄能够通过蛇骨对内窥镜进行控制，极大地提高了内窥镜的灵活性，保证了内窥镜能够在患者身体内部拍摄到身体内部完整的图像。
作为本申请的优选方案，所述蛇骨套设有软管，所述软管的一端与所述外壳连接，另外一端与所述控制手柄连接。
采用上述方案，软管一方面能够保护内窥镜内部的各个模块以及蛇骨，另一方面能够保证内窥镜在进入患者身体内部时，蛇骨不会对患者身体内部造成伤害。
作为本申请的优选方案，所述软管的长度为200mm-3000mm。
采用上述方案，长度为200mm-3000mm的软管能够使内窥镜更加深入地进入患者身体内部，能够拍摄到患者身体内部更加多的图像信息。
上述的一种3D全息影像人工智能微创内窥镜系统，具有以下有益效果：在内窥镜中设置有各模块，能够对拍摄到的3D影像信息以及3D图像信息进行采集处理以及图像优化处理以及图像深度信息合成，从而能够输出清晰3D图像，并通过主机内安装好的APP对清晰的3D图像进行合成获得3D全息图像，医生通过3D全息图像能够更加清楚并直观地了解患者身体内部的情况。
附图说明
图1是本实施例的结构示意图。
图2是本实施例中内窥镜本体的结构示意图。
图3是本实施例中控制手柄的结构示意图。
图4是本实施例中对3D图像进行超分辨率重构处理的流程框图。
图5是本实施例中将模糊图像输入至卷积神经网络进行处理的流程框图。
图中：1、内窥镜本体；2、控制手柄；3、主机；4、蛇骨；5、外壳；6、光源模块；7、3D图像采集模块；8、3D图像处理模块；9、显示模块；10、光学耐高温镜头；11、感光芯片；12、软管。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。 对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下” 可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且， 第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、 “下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例
参考图1-3，本发明所述的一种3D全息影像人工智能微创内窥镜系统，其特征在于，包括：具有外壳5的内窥镜本体1、控制手柄2以及主机3，所述内窥镜本体1与所述控制手柄2通过蛇骨4连接；
内窥镜本体1包括设置在外壳5内部的3D镜头模块、光源模块6以及3D图像采集模块7，所述3D镜头模块的输出端通讯连接于所述3D图像采集模块7的输入端，所述光源模块6电连接于所述控制手柄2；
控制手柄2内部设置有3D图像处理模块8，所述3D图像采集模块7的输出端通讯连接于所述3D图像处理模块8的输入端，所述3D图像处理模块8的输出端通讯连接于所述主机3的输入端，所述主机3上设置有显示模块9，所述显示模块9的输入端通信连接于所述主机3的输出端；
其中，3D镜头模块获取3D影像信息并输出至3D图像采集模块7，3D图像采集模块7对3D影像信息进行图像采集，获得3D图像并将3D图像输出至3D图像处理模块8，3D图像处理模块8对3D图像进行图像优化处理以及图像深度信息合成，获得3D高清图像，并将得到的3D高清图像输出至主机3，通过主机3内的APP对3D高清图像进行合成，生成3D全息图像并将3D全息图像输出至显示模块9，显示模块9用于显示3D全息图像。
其中，控制手柄2便于医生手持操作使用，能够控制蛇骨4转向进而控制内窥镜转向、控制影像拍照、控制影像录影、控制影像存储以及控制灯光亮度；其中，控制手柄2通过线缆连接主机3，主机3输出影像到显示模块9，通过主机3内安装的APP呈现3D全息立体成像；所述3D图像处理模块8具体为3D专用同步图像处理器，主机3具体为ARM高性能智能主机3。
具体地，所述3D图像处理模块8对3D图像进行图像优化处理获得3D高清图像具体为：运用SRCNN算法对获取到的3D图像进行超分辨率重构处理，获得3D高清图像。通过SRCNN算法能够对模糊的3D图像进行高清化处理，并且处理图像的速度快，效率高。
参考图4，具体地，运用SRCNN算法对获取到的3D图像进行超分辨率重构处理，获得3D高清图像具体为：
S100、对3D图像进行预处理，使用bi-cubic算法对3D图像进行分辨率放大，获得模糊图像；
S200、将模糊图像输入至卷积神经网络进行处理，得到高分辨率的3D高清图像。
参考图5，具体地，所述将模糊图像输入至卷积神经网络进行处理，得到高分辨率的3D高清图像具体为：
S201、对模糊图像进行图像块提取，获得多个图像块，对每个图像块被卷积操作表示为多维的特征向量，所有的特征向量组成特征矩阵；
S202、将n1维特征矩阵通过卷积操作实现非线性映射，得到n2维特征矩阵；
S203、将n2维特征矩阵进行反卷积，还原为超分辨图像，从而获得3D高清图像。
具体地，所述3D镜头模块包括两个光学耐高温镜头10以及感光芯片11，所述光学耐高温镜头10设置在所述外壳5内部的一端并贯穿所述外壳5，所述感光芯片11设置在所述外壳5内部，所述感光芯片11电连接于所述光学耐高温镜头10，所述光学耐高温镜头10通讯连接于所述图像采集模块。通过两个光学耐高温镜头10以及感光芯片11，能够高效地采集3D影像信息，从而能够为后续的3D图像采集模块7提供充足的3D影像信息，保证了影像的完整性。
具体地，所述光源模块6包括LED灯，所述LED灯设置在外壳5靠近所述光学耐高温镜头10的一端，所述LED灯与所述控制手柄2电连接。
具体地，所述蛇骨4的一端设置在所述外壳5远离所述光学耐高温镜头10的一端，蛇骨4的另外一端与所述控制手柄2连接。控制手柄2能够通过蛇骨4对内窥镜进行控制，极大地提高了内窥镜的灵活性，保证了内窥镜能够在患者身体内部拍摄到身体内部完整的图像。
具体地，所述蛇骨4套设有软管12，所述软管12的一端与所述外壳5连接，另外一端与所述控制手柄2连接，其中软管12为由医用PVC制成的软管12。软管12一方面能够保护内窥镜内部的各个模块以及蛇骨4，另一方面能够保证内窥镜在进入患者身体内部时，蛇骨4不会对患者身体内部造成伤害；通过套设由医用PVC制成的软管12，能够具备防水性能，并且便于消毒。
具体地，所述软管12的长度为2900mm。长度为2900mm的软管12能够使内窥镜更加深入地进入患者身体内部，能够拍摄到患者身体内部更加多的图像信息。
在内窥镜中设置有各模块，能够对拍摄到的3D影像信息以及3D图像信息进行采集处理以及图像优化处理以及图像深度信息合成，从而能够输出清晰3D图像，并通过主机3内安装好的APP对清晰的3D图像进行合成获得3D全息图像，医生通过3D全息图像能够更加清楚并直观地了解患者身体内部的情况。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种3D全息影像人工智能微创内窥镜系统，其特征在于，包括：具有外壳（5）的内窥镜本体（1）、控制手柄（2）以及主机（3），所述内窥镜本体（1）与所述控制手柄（2）通过蛇骨（4）连接；
内窥镜本体（1）包括设置在外壳（5）内部的3D镜头模块、光源模块（6）以及3D图像采集模块（7），所述3D镜头模块的输出端通讯连接于所述3D图像采集模块（7）的输入端，所述光源模块（6）电连接于所述控制手柄（2）；
控制手柄（2）内部设置有3D图像处理模块（8），所述3D图像采集模块（7）的输出端通讯连接于所述3D图像处理模块（8）的输入端，所述3D图像处理模块（8）的输出端通讯连接于所述主机（3）的输入端，所述主机（3）上设置有显示模块（9），所述显示模块（9）的输入端通信连接于所述主机（3）的输出端；
其中，3D镜头模块获取3D影像信息并输出至3D图像采集模块（7），3D图像采集模块（7）对3D影像信息进行图像采集，获得3D图像并将3D图像输出至3D图像处理模块（8），3D图像处理模块（8）对3D图像进行图像优化处理以及图像深度信息合成，获得3D高清图像，并将得到的3D高清图像输出至主机（3），通过主机（3）内的APP对3D高清图像进行合成，生成3D全息图像并将3D全息图像输出至显示模块（9），显示模块（9）用于显示3D全息图像。
2.根据权利要求1所述的3D全息影像人工智能微创内窥镜系统，其特征在于，所述3D图像处理模块（8）对3D图像进行图像优化处理获得3D高清图像具体为：运用SRCNN算法对获取到的3D图像进行超分辨率重构处理，获得3D高清图像。
3.根据权利要求2所述的3D全息影像人工智能微创内窥镜系统，其特征在于，运用SRCNN算法对获取到的3D图像进行超分辨率重构处理，获得3D高清图像具体为：
对3D图像进行预处理，使用bi-cubic算法对3D图像进行分辨率放大，获得模糊图像；
将模糊图像输入至卷积神经网络进行处理，得到高分辨率的3D高清图像。
4.根据权利要求3所述的3D全息影像人工智能微创内窥镜系统，其特征在于，所述将模糊图像输入至卷积神经网络进行处理，得到高分辨率的3D高清图像具体为：
对模糊图像进行图像块提取，获得多个图像块，对每个图像块被卷积操作表示为多维的特征向量，所有的特征向量组成特征矩阵；
将n1维特征矩阵通过卷积操作实现非线性映射，得到n2维特征矩阵；
将n2维特征矩阵进行反卷积，还原为超分辨图像，从而获得3D高清图像。
5.根据权利要求1所述的3D全息影像人工智能微创内窥镜系统，其特征在于：所述3D镜头模块包括两个光学耐高温镜头（10）以及感光芯片（11），所述光学耐高温镜头（10）设置在所述外壳（5）内部的一端并贯穿所述外壳（5），所述感光芯片（11）设置在所述外壳（5）内部，所述感光芯片（11）电连接于所述光学耐高温镜头（10），所述光学耐高温镜头（10）通讯连接于所述图像采集模块。
6.根据权利要求5所述的3D全息影像人工智能微创内窥镜系统，其特征在于：所述蛇骨（4）的一端设置在所述外壳（5）远离所述光学耐高温镜头（10）的一端，蛇骨（4）的另外一端与所述控制手柄（2）连接。
7.根据权利要求6所述的3D全息影像人工智能微创内窥镜系统，其特征在于：所述蛇骨（4）套设有软管（12），所述软管（12）的一端与所述外壳（5）连接，另外一端与所述控制手柄（2）连接。
8.根据权利要求7所述的3D全息影像人工智能微创内窥镜系统，其特征在于：所述软管（12）的长度为200mm-3000mm。
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