CN115153399B - 内窥镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内窥镜系统，内窥镜系统包括内窥镜本体、光源发射装置、成像装置及控制装置，其中：光源发射装置包括第一光源及第二光源，第一光源用于发射可见光，第二光源用于发射激励光；成像装置包括并排设置于探测端的第一成像组件及第二成像组件，第一成像组件及第二成像组件均用于获取被目标物反射的反射光及目标物被激励光激发的荧光；控制装置用于采集成像装置生成的可见光信号及荧光信号，并将可见光信号处理成第一图像信息，将荧光信号处理成第二图像信息。两个成像组件在对焦时的放大倍率是相同的，使得两个光路的图像特征点能够相互匹配，从而能够提高该内窥镜系统的成像效果；并且还能够避免内窥镜系统整体体积较大。

Description

内窥镜系统

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，特别是一种内窥镜系统。

背景技术

内窥镜能够便于医务人员更加精确的对相关组织进行观察。现有的3D内窥镜中，部分是将可见光和荧光独立光路设计，并分别通过两组成像组件对焦采集，这种方式存在放大倍率不一致，两个光路的图像特征点无法匹配等问题，从而导致成像效果较差。

也有部分是将可见光和荧光通过分光装置分光后再分别通过两个探测器采集，这种方式存在分光导致的分辨率较低的问题，从而导致成像效果较差；并且，由于分光装置占用空间较大，从而导致内窥镜整体体积较大。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种内窥镜系统，该内窥镜系统能够提高成像效果，并且成像装置占用的空间较小。

本发明提供一种内窥镜系统，包括：内窥镜本体，具有探测端；光源发射装置，包括通过所述探测端向目标物发射光线的第一光源及第二光源，所述第一光源用于发射可见光，所述第二光源用于发射激励光；成像装置，设置于所述内窥镜本体内，所述成像装置包括并排设置于所述探测端的第一成像组件及第二成像组件，所述第一成像组件及所述第二成像组件均用于获取被所述目标物反射的反射光及所述目标物被所述激励光激发的荧光，所述第一成像组件能够生成第一可见光信号及第一荧光信号，所述第二成像组件能够生成第二可见光信号及第二荧光信号；以及控制装置，用于采集所述成像装置生成的第一可见光信号、第一荧光信号、第二可见光信号及第二荧光信号，并将所述第一可见光信号与所述第二可见光信号处理成第一图像信息，将所述第一荧光信号及所述第二荧光信号处理成第二图像信息。

上述内窥镜系统中，由于第一成像组件及第二成像组件均能够同时获取反射光及荧光，并且均能够生成一个可见光信号及一个荧光信号，这样，第一成像组件及第二成像组件在对焦时的放大倍率是相同的，使得两个光路的图像特征点能够相互匹配；控制装置采集两个具有一定视差的可见光信号并处理成第一图像信息，采集两个具有一定视差的荧光信号并处理成第二图像信息，两种具有一定视差的图像组合以形成3D成像效果，这样，就能够避免分光导致的分辨率较低的问题，从而提高该内窥镜系统的成像效果；并且，该内窥镜系统不需要分光，还能够避免由于分光装置导致内窥镜系统整体体积较大的问题。

在其中一个实施例中，所述第一成像组件包括朝向所述探测端的第一成像镜头及设置于所述第一成像镜头物侧的第一探测器；所述第二成像组件包括朝向所述探测端的第二成像镜头及设置于所述第二成像镜头物侧的第二探测器。

如此设置，第一成像镜头及第二成像镜头用于拍摄目标物的图像并将可见光信号及荧光信号输出至第一探测器及第二探测器；同时，第一成像镜头及第二成像镜头还能够消除杂散光线，以提升最终输出的图像质量。

在其中一个实施例中，所述第一成像镜头的像面与所述第二成像镜头的像面共面。

如此设置，能够保证第一成像镜头及第二成像镜头的成像效果一致。

在其中一个实施例中，所述第一探测器的感光面与所述第二探测器的感光面共面。

如此设置，第一探测器与第二探测器接收的第一可见光信号与第二可见光信号一致，第一荧光信号与第二荧光信号一致，从而能够便于控制系统找到图像中对应点的视差，较为容易重建三维图像坐标，保证三维图像合成的效果。

在其中一个实施例中，所述成像装置还包括设置于所述第一成像镜头和所述第一探测器之间及/或所述第二成像镜头和所述第二探测器之间的滤光组件。

如此设置，滤光组件能够截止无用光波，并将可见光信号及荧光信号分离，保证第一探测器及/或第二探测器接收到的光束均为所需光信号。

在其中一个实施例中，所述滤光组件包括第一滤光件及第二滤光件，所述第一滤光件设置于所述第一成像镜头和所述第一探测器之间，所述第二滤光件设置于所述第二成像镜头和所述第二探测器之间。

如此设置，第一滤光件能够覆盖第一成像镜头传输至第一探测器的光路的通光孔径，第二滤光件能够覆盖第二成像镜头传输至第二探测器的光路的通光孔径。

在其中一个实施例中，所述第一滤光件及所述第二滤光件均设置为激光截止滤光片。

如此设置，能够避免目标物经激励光照射后反射回的激光影响第一成像组件及第二成像组件的成像效果。

在其中一个实施例中，所述内窥镜系统还包括与所述控制装置连接的显示装置，所述控制装置将所述第一图像信息及所述第二图像信息融合成具有视差的第一图像及第二图像，并将所述第一图像及所述第二图像输送至所述显示装置。

如此设置，显示装置显示的图像可以是可见光3D成像或可见光和荧光融合的3D成像，成像效果好。

在其中一个实施例中，所述控制装置与所述光源发射装置连接，并能够分别控制所述第一光源及所述第二光源。

如此设置，控制装置可以控制第一光源及第二光源同时发射，也可以控制第一光源单独发射或控制第二光源单独发射。

在其中一个实施例中，所述探测端与所述光线之间的夹角为0°至30°。

如此设置，可以根据需要改变探测端与光线的光路之间的夹角，使得光线能够精准探测到目标物的各个区域，增加探测的灵活度，从而提高了探测效率，扩大了该内窥镜系统的适用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。

图1为本发明一种实施方式的内窥镜系统的结构示意图；

图2为本发明提供的图1中的成像装置在一种实施方式中的结构示意图；

图3为本发明提供的图1中的成像装置在另一种实施方式中的结构示意图；

图4为本发明提供的图1中的内窥镜系统的工作流程图；

图5为本发明提供的图1中的内窥镜系统的图像处理流程图。

附图标记：1、内窥镜本体；11、探测端；12、镜杆；13、手柄；14、入射端；2、光源发射装置；21、第一光源；22、第二光源；3、成像装置；31、第一成像组件；311、第一成像镜头；312、第一探测器；32、第二成像组件；321、第二成像镜头；322、第二探测器；33、滤光组件；331、第一滤光件；332、第二滤光件；4、控制装置；41、图像采集器；42、图像处理器；5、显示装置。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本申请的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

此外，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。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。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，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

除非另有定义，本申请的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本申请的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

现有的3D内窥镜中，部分只有可见光光源或激励光光源，只能实现可见光3D成像或荧光3D成像，成像效果较差。部分采用的是单探测器并将2D成像转换为3D成像，分辨率较低，三维效果较差。也有部分是将可见光和荧光独立光路设计，并分别通过两组成像组件对焦采集，这种方式存在放大倍率不一致，两个光路的图像特征点无法匹配等问题，从而导致成像效果较差。还有部分是将可见光和荧光通过分光装置分光后再分别通过两个探测器采集，这种方式存在分光导致的分辨率较低的问题，从而导致成像效果较差；并且，由于分光装置占用空间较大，从而导致内窥镜整体体积较大。

为了解决上述问题，如图1至图4所示，本发明提供一种内窥镜系统，该内窥镜系统能够提高成像效果，并且成像装置占用的空间较小。

如图1及图4所示，具体地，内窥镜系统包括内窥镜本体1、光源发射装置2、成像装置3及控制装置4，其中：内窥镜本体1具有探测端11；光源发射装置2包括通过探测端11向人体组织等目标物发射光线的第一光源21及第二光源22，第一光源21用于发射可见光（白光），第二光源22用于发射激励光；成像装置3设置于内窥镜本体1内，成像装置3包括并排设置于探测端11的第一成像组件31及第二成像组件32，第一成像组件31及第二成像组件32均用于获取被目标物反射的反射光及目标物被激励光激发的荧光，第一成像组件31能够生成第一可见光信号及第一荧光信号，第二成像组件32能够生成第二可见光信号及第二荧光信号；控制装置4用于采集成像装置3生成的第一可见光信号、第一荧光信号、第二可见光信号及第二荧光信号，并将第一可见光信号与第二可见光信号处理成第一图像信息，将第一荧光信号及第二荧光信号处理成第二图像信息。

如图4所示，其中，控制装置4包括图像采集器41及图像处理器42，图像采集器41用于采集成像装置3生成的第一可见光信号、第一荧光信号、第二可见光信号及第二荧光信号；图像处理器42用于将第一可见光信号与第二可见光信号处理成第一图像信息，将第一荧光信号及第二荧光信号处理成第二图像信息。

如前所述，现有的3D内窥镜中，无论是将可见光和荧光独立光路设计，并分别通过两组成像组件对焦采集，还是将可见光和荧光通过分光装置分光后再分别通过两个探测器采集，都存在成像效果较差的问题，并且，分光装置还会导致内窥镜整体体积较大。而本发明实施例提供的内窥镜系统中，第一光源21能够向目标物发射可见光，目标物经可见光照射后向探测端11反射回反射光，第二光源22能够向目标物发射激励光，目标物上附有造影剂，激励光能够激发造影剂并产生荧光；第一成像组件31及第二成像组件32均能够同时获取反射光及荧光，并且均能够生成一个可见光信号及一个荧光信号，这样，第一成像组件31及第二成像组件32在对焦时的放大倍率是相同的，使得两个光路的图像特征点能够相互匹配；如图5所示，控制装置4采集两个具有一定视差的可见光信号并处理成第一图像信息，采集两个具有一定视差的荧光信号并处理成第二图像信息，其中，第一图像信息为两幅具有一定视差的彩色图像，第二图像信息为两幅具有一定视差的单色荧光图像，两种具有一定视差的图像组合以形成3D成像效果，这样，就能够避免分光导致的分辨率较低的问题，从而提高该内窥镜系统的成像效果；并且，该内窥镜系统不需要分光，还能够避免由于分光装置导致内窥镜系统整体体积较大的问题。

其中，控制装置4还包括与光源发射装置2电连接的控制器（图未示），控制器能够分别控制第一光源21及第二光源22。控制器可以采用计算机、单片机等，在此不做具体限制。控制装置4可以控制第一光源21及第二光源22同时发射，也可以控制第一光源21单独发射或控制第二光源22单独发射。当控制装置4控制第一光源21单独发射可见光时，第一成像组件31及第二成像组件32能够同时获取被目标物反射的反射光，控制装置4采集两个具有一定视差的可见光信号并处理成两幅具有一定视差的彩色图像，以实现可见光3D成像。当控制装置4控制第二光源22单独发射激励光时，第一成像组件31及第二成像组件32能够同时获取目标物被激励光激发的荧光，控制装置4采集两个具有一定视差的荧光信号并处理成两幅具有一定视差的单色荧光图像，以实现荧光3D成像。当控制装置4控制第一光源21及第二光源22同时发射光线时，第一成像组件31及第二成像组件32均能够同时获取被目标物反射的反射光及目标物被激励光激发的荧光，控制装置4采集两个具有一定视差的可见光信号及两个具有一定视差的荧光信号，并处理成两幅具有一定视差的彩色图像及两幅具有一定视差的单色荧光图像，以实现可见光融合荧光的3D成像。这样，用户就能够根据需要通过控制装置4控制光源发射装置2，扩大该内窥镜系统的使用范围。

如图1所示，内窥镜系统还包括与控制装置4连接的显示装置5，控制装置4将第一图像信息及第二图像信息融合成具有视差的第一图像及第二图像，并将第一图像及第二图像输送至显示装置5。显示装置5显示的图像可以是可见光3D图像、荧光3D图像或可见光和荧光融合的3D图像，并且成像效果好。用户能够通过佩戴3D眼睛观看显示装置5上显示的组织等目标物的立体成像。

如图1所示，内窥镜本体1包括镜杆12及手柄13，探测端11设置于镜杆12的一端，手柄13与镜杆12远离探测端11的一端连接。手柄13上设置有多个与控制装置4连接的按键（图未示），按键能够用于操控光源发射装置2、成像装置3或模式切换等。成像装置3设置于镜杆12内，内窥镜本体1还包括与镜杆12连通的入射端14，光源发射装置2与入射端14连通。光源发射装置2还包括两组均匀布置于镜杆12内的导光束（图未示），导光束的两端分别位于探测端11及入射端14，其中一组导光束位于入射端14的一端与第一光源21连接以传输可见光，另一组导光束位于入射端14的一端与第二光源22连接以传输激励光。

其中，探测端11与光线之间的夹角α为0°至30°。当探测的目标物为不规则物体时，可以根据需要改变探测端11与光线的光路之间的夹角，使得光线能够精准探测到人体组织等目标物的各个区域，增加探测的灵活度，从而提高了探测效率，扩大了该内窥镜系统的适用范围。

如图2至图3所示，第一成像组件31包括朝向探测端11的第一成像镜头311及设置于第一成像镜头311物侧的第一探测器312；第二成像组件32包括朝向探测端11的第二成像镜头321及设置于第二成像镜头321物侧的第二探测器322。其中，第一成像镜头311与第二成像镜头321相同，即第一成像镜头311及第二成像镜头321的成像模式相同。第一探测器312与第二探测器322相同，并且，第一探测器312及第二探测器322均可以设置为CCD探测器或CMOS探测器。第一成像镜头311及第二成像镜头321用于拍摄人体组织等目标物的图像并将可见光信号及荧光信号输出至第一探测器312及第二探测器322。同时，第一成像镜头311及第二成像镜头321还能够消除杂散光线，以提升最终输出的图像质量。

其中，第一成像镜头311的像面与第二成像镜头321的像面共面，第一探测器312的感光面与第二探测器322的感光面共面。这样，能够保证第一成像镜头311及第二成像镜头321的成像特性及成像效果一致，第一探测器312与第二探测器322接收的第一可见光信号与第二可见光信号一致，第一荧光信号与第二荧光信号一致，从而图像处理器42在处理第一图像信号及第二图像信号时，能够便于找到图像中对应点的视差，较为容易重建三维图像坐标，从而可以保证三维图像合成的效果。其中，成像镜头的像面是物体透过镜头能清晰成像的面，探测器的感光面是若干个独立光刻单元的集合，能存储由光或电激励产生的信号电荷，当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便能在探测器内作定向传输，并输出电信号。

如图2至图3所示，由于第二光源22向目标物出射的激励光通常为红外窄带激励光，而目标物经红外窄带激励光照射后也会向探测端11反射回红外光，为避免反射回的红外光影响第一成像组件31及第二成像组件32的成像效果，成像装置3还包括设置于第一成像镜头311和第一探测器312之间及第二成像镜头321和第二探测器322之间的滤光组件33。滤光组件33能够截止无用光波，以保证第一探测器312及第二探测器322接收到的光束均为所需光信号，提高第一探测器312及第二探测器322在将光信号处理成电信号时的精确度，提升成像组件的成像效果。同时，滤光组件33还能够将可见光所对应的波段的信号与荧光所对应的波段的信号分离，以避免由于荧光强度远低于可见光强度而导致两个光路的图像特征点无法相互匹配。

如图2所示，在一种实施方式中，滤光组件33包括第一滤光件331及第二滤光件332，第一滤光件331设置于第一成像镜头311和第一探测器312之间，第二滤光件332设置于第二成像镜头321和第二探测器322之间。第一滤光件331能够覆盖第一成像镜头311传输至第一探测器312的光路的通光孔径，第二滤光件332能够覆盖第二成像镜头321传输至第二探测器322的光路的通光孔径。其中，第一滤光件331及第二滤光件332均能够透过所需可见光光波及荧光光波，并截止无用光波，从而能够保证第一探测器312及第二探测器322接收到的光束均为所需光信号，提高第一探测器312及第二探测器322在将光信号处理成电信号时的精确度，提升成像组件的成像效果。

如图3所示，在另一种实施方式中，滤光组件33包括第一滤光件331，第一滤光件331设置于第一成像镜头311和第一探测器312之间以及第二成像镜头321和第二探测器322之间。第一滤光件331能够同时覆盖第一成像镜头311传输至第一探测器312的光路的通光孔径以及第二成像镜头321传输至第二探测器322的光路的通光孔径。当然，在其他实施方式中，也可以只在第一成像镜头311和第一探测器312之间设置第一滤光件331，或者只在第二成像镜头321和第二探测器322之间设置第一滤光件331。

具体地，第一滤光件331及第二滤光件332均可以设置为红外激光截止滤光片。以避免目标物经红外窄带激励光照射后反射回的红外光，影响第一成像组件31及第二成像组件32的成像效果。当然，第一滤光件331及第二滤光件332也可以设置为能够截止其他激光或无用光波的滤光片，在此不做具体限制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种内窥镜系统，其特征在于，包括：

内窥镜本体（1），具有探测端（11）；

光源发射装置（2），包括通过所述探测端（11）向目标物发射光线的第一光源及第二光源，所述第一光源用于发射可见光，所述第二光源用于发射激励光；

成像装置（3），设置于所述内窥镜本体（1）内，所述成像装置（3）包括并排设置于所述探测端（11）的第一成像组件（31）及第二成像组件（32），所述第一成像组件（31）及所述第二成像组件（32）均用于获取被所述目标物反射的反射光及所述目标物被所述激励光激发的荧光，所述第一成像组件（31）能够生成第一可见光信号及第一荧光信号，所述第二成像组件（32）能够生成第二可见光信号及第二荧光信号；以及

控制装置（4），用于采集所述成像装置（3）生成的第一可见光信号、第一荧光信号、第二可见光信号及第二荧光信号，并将所述第一可见光信号与所述第二可见光信号处理成第一图像信息，将所述第一荧光信号及所述第二荧光信号处理成第二图像信息。

2.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其特征在于，所述第一成像组件（31）包括朝向所述探测端（11）的第一成像镜头（311）及设置于所述第一成像镜头（311）物侧的第一探测器（312）；

所述第二成像组件（32）包括朝向所述探测端（11）的第二成像镜头（321）及设置于所述第二成像镜头（321）物侧的第二探测器（322）。

3.根据权利要求2所述的内窥镜系统，其特征在于，所述第一成像镜头（311）的像面与所述第二成像镜头（321）的像面共面。

4.根据权利要求2所述的内窥镜系统，其特征在于，所述第一探测器（312）的感光面与所述第二探测器（322）的感光面共面。

5.根据权利要求2所述的内窥镜系统，其特征在于，所述成像装置（3）还包括设置于所述第一成像镜头（311）和所述第一探测器（312）之间及/或所述第二成像镜头（321）和所述第二探测器（322）之间的滤光组件（33）。

6.根据权利要求5所述的内窥镜系统，其特征在于，所述滤光组件（33）包括第一滤光件（331）及第二滤光件（332），所述第一滤光件（331）设置于所述第一成像镜头（311）和所述第一探测器（312）之间，所述第二滤光件（332）设置于所述第二成像镜头（321）和所述第二探测器（322）之间。

7.根据权利要求6所述的内窥镜系统，其特征在于，所述第一滤光件（331）及所述第二滤光件（332）均设置为激光截止滤光片。

8.根据权利要求1-权利要求7任一项所述的内窥镜系统，其特征在于，所述内窥镜系统还包括与所述控制装置（4）连接的显示装置（5），所述控制装置（4）将所述第一图像信息及所述第二图像信息融合成具有视差的第一图像及第二图像，并将所述第一图像及所述第二图像输送至所述显示装置（5）。

9.根据权利要求1-权利要求7任一项所述的内窥镜系统，其特征在于，所述控制装置（4）与所述光源发射装置（2）连接，并能够分别控制所述第一光源及所述第二光源。

10.根据权利要求1-权利要求7任一项所述的内窥镜系统，其特征在于，所述探测端（11）与所述光线之间的夹角为0°至30°。

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