CN115486794A - 一种导丝内窥镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导丝内窥镜。导丝内窥镜是一种集成了医用导丝、影像采集、传输和照明功能于一体的微小内窥镜。导丝内窥镜是由导丝镜、腔道管、摄像机和影像处理器组成。导丝镜中一个自聚焦物镜将一个关注物体成像在自聚焦物镜的输出表面上，一根自聚焦光纤将自聚焦物镜输出表面上的影像传输到一个自聚焦目镜和一个透镜组。导丝镜中一个分光镜将一束照明光等量地分成多个照明光部分，每一个照明光部分被一根自聚焦光纤传输到导丝镜头端中的一个自聚焦透镜，自聚焦透镜将照明光投射到导丝镜前方的视场中。导丝内窥镜解决了微小内窥镜获得高清影像、一根自聚焦光纤对高清影像和照明光的传输，医用导丝可视化的技术问题。本发明作为一种通用型内窥镜技术应用于各类软式内窥镜、硬式腔镜和一次性内窥镜。

Description

一种导丝内窥镜

技术领域

本发明涉及一种医疗内窥镜、自聚焦透镜成像技术、自聚焦光纤影像和照明光传输技术和3D影像线性空间技术。

背景技术

医用导丝被用于引导内窥镜顺利地进入人体自然腔道和器官。因为导丝占用了内窥镜的器械腔道，所以内窥镜在导丝的引导下到达位置后，医生需要将导丝抽出来才能使用治疗器械对病变组织进行治疗。重复插入和抽出导丝的操作模式效率较低。

医生需要在X射线或超声波的引导下确定导丝在插入过程中的推进方向和导丝头端的位置。尽管低剂量X射线技术已经被广泛地使用在临床中，但是长期的低剂量辐射在身体中的积累仍然会对身体造成一定的伤害，穿戴着十余公斤重的防辐射服下的操作不仅消耗医生的体力，临床操作体验也不好。

到目前为止，双气囊小肠镜和胶囊内镜是小肠检查和治疗方案中最成熟的两种技术。双气囊小肠镜可以随时对临床中发现的病灶进行活检和治疗，但是操作效率较低和费用较高。胶囊内镜对发现的病灶无法进行活检和治疗，数万张较低解析度的图片需要计算机辅助审阅和筛查，费用较高。

传统的光学镜片加工工艺对于直径小于2mm的光学镜片的加工、研磨和组装精度较难控制。2mm直径成为传统光学镜片制作工艺的一个门槛。70年代末期出现的自聚焦透镜技术解决了微小光学成像的问题，到目前为止，硬式腹腔镜已经开始应用自聚焦透镜获得高清影像，但是在软式微小内窥镜中，高清影像和照明光的传输仍然没有找到一个有效的解决方案。

本发明提出的一种导丝内窥镜解决了上述医用导丝可视化、软式微小内窥镜获得高清影像、一根自聚焦光纤完成高清影像和照明光传输的技术问题、一次性内窥镜的较高成本的问题。导丝内窥镜作为一种通用型内窥镜技术可以应用于各类软式内窥镜、硬式腔镜和一次性内窥镜。

发明内容

本发明公开了一种导丝内窥镜。首先，解决了微小内窥镜获得高清影像的技术问题；第二，解决了软式微小内窥镜中高清影像和照明光传输的技术问题；第三，解决了医用导丝可视化的技术问题；第四，解决了双目3D技术应用于微小3D内窥镜的技术问题；第五，解决了一次性高清内窥镜较高成本的技术问题。本发明可以作为一种通用型内窥镜技术应用于不同的软式、硬式和一次性内窥镜中，包括(不限于)胃镜、肠镜、支气管镜、输尿管镜、胰胆道镜、小肠镜、膀胱镜、宫腔镜、各类腔镜、皮刺内镜和椎间孔镜。

导丝内窥镜是一种集成了医用导丝、影像采集、成像、传输、照明、观察、诊断、活检和治疗功能于一体的微小内窥镜。导丝内窥镜是由导丝镜、腔道管、摄像机和影像处理器组成。导丝内窥镜分为2D导丝内窥镜和3D导丝内窥镜。一个2D导丝内窥镜包括一个2D导丝镜、一个腔道管、一个摄像机和一个2D影像处理器。一个3D导丝内窥镜包括一个3D导丝镜、一个腔道管、两个相同的摄像机和一个3D影像处理器。

2D导丝镜或3D导丝镜是一种集成了医用导丝、影像采集、成像、传输和照明功能于一体的微小直径内窥镜。导丝镜的直径从0.95mm到4.0mm不等。对于不同的内窥镜，导丝镜插入部的长度是不同的。

一个2D导丝镜是由一个医用导丝、一个自聚焦成像及传输系统和一个自聚焦照明光传输系统组成。一个自聚焦成像及传输系统包括一个自聚焦物镜，一根自聚焦光纤，一个自聚焦目镜和一个透镜组。一个自聚焦物镜是由多个被粘接在一起的自聚焦透镜组成的一个组合式自聚焦透镜。一个组合式自聚焦透镜中的每一个自聚焦透镜与组合式自聚焦透镜中其它的自聚焦透镜可以相同也可以不相同。一个自聚焦物镜中，第一个自聚焦透镜的输出表面与第二个自聚焦透镜的输入表面粘接在一起，以此类推，最后一个自聚焦透镜的输入表面与前面相邻的一个自聚焦透镜的输出表面粘接在一起。一个自聚焦物镜的输出表面指的是一个组合式自聚焦透镜中最后一个自聚焦透镜的输出表面。与自聚焦物镜相同，一个自聚焦目镜是由多个被粘接在一起的自聚焦透镜组成的一个组合式自聚焦透镜。一个组合式自聚焦透镜中的每一个自聚焦透镜与组合式自聚焦透镜中其它的自聚焦透镜可以相同也可以不相同。一个自聚焦目镜中，第一个自聚焦透镜的输出表面与第二个自聚焦透镜的输入表面粘接在一起，以此类推，最后一个自聚焦透镜的输入表面与前面相邻的一个自聚焦透镜的输出表面粘接在一起。一个自聚焦目镜的输入表面指的是一个组合式自聚焦透镜中第一个自聚焦透镜的输入表面。一根长度为L’₀＝λ×N＝(2π÷g)×N的自聚焦光纤的一个终端端面与一个自聚焦物镜的输出表面粘接在一起，另一个终端端面与一个自聚焦目镜的输入表面粘接在一起。一个2D导丝镜中，一个自聚焦成像及传输系统中的一个自聚焦物镜将一个关注物体成像在自聚焦物镜的输出表面上，一根自聚焦光纤将自聚焦物镜输出表面上的影像传输到一个自聚焦目镜的输入表面上，自聚焦目镜将影像投射到一个由一个或两个以上传统光学镜片组成的透镜组，透镜组将影像输出。一个透镜组输出的影像是该透镜组所在的一个自聚焦成像及传输系统输出的影像。一个2D导丝内窥镜中，一个摄像机将一个2D导丝镜中的一个自聚焦成像及传输系统输出的影像成像在一个影像传感器(CCD或CMOS)上，一个2D影像处理器对影像传感器输出的一个影像进行修正，处理和优化后输出一个影像。上述公式中，L’₀为自聚焦光纤的长度，λ＝(2π÷g)为自聚焦光纤的节距，g为自聚焦光纤的径向折射率梯度，N为一个正整数。

一个自聚焦物镜和一个自聚焦目镜分别是由多个自聚焦透镜按照光学设计的结果，按照确定的顺序被粘接在一起，分别成为两个新的自聚焦透镜。一个组合式自聚焦透镜中，每一个自聚焦透镜的直径d、长度L₀、中心折射率n(0)、径向折射率梯度k、视场角v和其它参数都可以相同，也可以不相同。多个自聚焦透镜组合成为一个自聚焦物镜的目的包括(不限于)；(1)将一个关注物体成像在一个自聚焦物镜的输出表面上；(2)自聚焦物镜输出表面上的影像像高小于粘接在自聚焦物镜输出表面上的一根自聚焦光纤的纤芯直径，r₂≤2a；(3)自聚焦物镜输出表面上的影像在自聚焦物镜输出表面中心的最大出射角小于后面耦合的一根自聚焦光纤的最大入射角，Q(0)_(max)≤arcSim(NA)；(4)自聚焦物镜视场角v中所有物体的影像都能够进入到与自聚焦物镜输出表面粘接在一起的一根自聚焦光纤的纤芯中。实际上，一个自聚焦透镜很难同时满足上述四个光学设计目标，但是一个组合式自聚焦透镜确是一个解决方案。上述公式中，r₂为自聚焦物镜输出表面上的影像高度，d为自聚焦透镜的直径，a为自聚焦光纤纤芯的半径，Q(0)_(max)为自聚焦物镜输出表面中心处的影像的最大出射角，NA为自聚焦光纤的数值孔径。

一个自聚焦成像及传输系统中，当一个自聚焦物镜与一个自聚焦目镜完全相同，而且自聚焦物镜中的自聚焦透镜的排列顺序与自聚焦目镜中的自聚焦透镜的排列顺序相反时，系统成为一个光学对称系统。光学对称系统具有放大率为1:1，较小的影像畸变和色差，较高的自聚焦光纤的影像传输质量的优势。

一个3D导丝镜是由一个医用导丝，两个自聚焦成像及传输系统和一个自聚焦照明光传输系统组成。两个自聚焦成像及传输系统是两个彼此独立和完全相同的系统。其中，每一个系统都与上述[0010]中所述的一个2D导丝镜中的一个自聚焦成像及传输系统相同。两个系统中彼此一一对应的两个自聚焦物镜，两个自聚焦目镜，两根自聚焦光纤和两个透镜组都完全相同；自聚焦物镜和自聚焦目镜中的自聚焦透镜的排列顺序相同；两根自聚焦光纤相同；两个透镜组相同。两个自聚焦成像及传输系统中的两个自聚焦物镜分别被设置在一个3D导丝镜中心轴线的左右两边，左右两个自聚焦物镜的中心线分别与3D导丝镜的中心轴线之间的距离相等，彼此平行。左右两个自聚焦物镜中心线之间的距离t在0.5至4.0毫米之间，其中，t称为3D导丝镜的视间距。一个3D导丝镜中，左右两个自聚焦物镜分别将一个位于3D导丝镜中心轴线上的关注物体成像在左右两个自聚焦物镜的输出表面上。左右两根自聚焦光纤分别将左右两个自聚焦物镜输出表面上的影像传输到左右两个自聚焦目镜的输入表面上。左右两个自聚焦目镜分别将左右两个影像投射到左右两个透镜组。左右两个透镜组分别将左右两个影像输出。左右两个透镜组输出的左右两个影像分别是该左右两个透镜组所在的左右两个自聚焦成像及传输系统输出的左右两个影像。一个3D导丝内窥镜中，左右两个摄像机将一个3D导丝镜中左右两个自聚焦成像及传输系统输出的左右两个影像分别成像在左右两个影像传感器上。一个3D影像处理器对左右两个影像传感器输出的左右两个影像分别进行修正，处理，优化，加载并执行一个3D芯片对左右两个影像的多个指令的操作后，输出左右两个独立的影像，一个左右格式或一个上下格式的影像。

一个自聚焦照明光传输系统是由两个以上的自聚焦透镜，与自聚焦透镜数量相同的自聚焦光纤和一个分光镜组成。一个分光镜是由一个柱镜和两个以上粘接在柱镜输出表面上的分光柱组成。所有的分光柱在外形、几何尺寸和材料都是相同的。柱镜的输入表面直径和输出表面直径可以相同，也可以不相同。但是，柱镜的输入表面直径大于或等于输出表面直径。每一个分光柱的下表面是一个半圆形或多边形，多边形的一个圆弧边的曲率半径与柱镜的圆形输出表面的半径相等。所有分光柱的下表面完全覆盖了柱镜的输出表面。分光柱的上表面是一个圆形并与一根自聚焦光纤的一个终端端面粘接在一起。自聚焦光纤的另一个终端端面与一个设置在导丝镜头端中的自聚焦透镜的输入表面粘接在一起。分光柱的数量与自聚焦照明光传输系统中自聚焦光纤的数量相同。一个分光镜的分光效率与分光柱下表面形状、分光柱沿着分光柱高度逐渐变化的外表面的形状、分光柱的数量和柱镜侧表面的倾斜角度有关。为了获得更高的分光效率，分光镜的设计原则包括(不限于)；(1)所有分光柱的下表面覆盖了柱镜的输出端面；(2)分光柱沿着高度向上逐渐变化的外表面形状能够使照明光在分光柱内部发生全内反射并向前传输；(3)当柱镜的输入表面直径大于输出表面直径时，柱镜侧表面的倾斜角度不大于入射的一束汇聚的照明光的入射角；(4)一个分光柱的上表面的直径不大于自聚焦光纤的纤芯直径，d≤2a；(5)柱镜和分光柱的测表面上镀有涂层，使照明光只能在分光镜中传输，无法从侧表面泄漏；(6)柱镜的输入表面上镀有涂层，减小照明光在柱镜输入表面上的反射损失。一个自聚焦照明光传输系统中，来自外部的一束汇聚的照明光进入分光镜后，被多个分光柱等量地分光，一根自聚焦光纤将进入到一个分光柱中的照明光部分传输到设置在导丝镜头端中的一个自聚焦透镜，自聚焦透镜将照明光投射到导丝镜前方的视场中。上述公式中，d为分光镜中的一个分光柱上表面的直径，a为自聚焦光纤纤芯的半径。

导丝镜分为主动式和被动式。主动式导丝镜的头端部中设置有一个转向蛇骨，导丝镜上设置有一个操作手柄。根据不同的内窥镜和临床应用，操作手柄在导丝镜上的位置不同。操作手柄上设置有一个摇臂，一个或两个转轮或推拉杆。导丝镜中设置有两根以上的钢丝将转向蛇骨与操作手柄上的摇臂，转轮或推拉杆连接在一起。转动操作手柄上的摇臂，转轮或推拉杆改变转向蛇骨的方向。被动式导丝镜在导丝镜头端部中没有转向蛇骨，在导丝镜上没有操作手柄。

医用导丝分为单根导丝和多根导丝两种不同的导丝。单根导丝是由一根钢丝和包围在钢丝上的金属弹簧或金属编织网与聚合材料包覆的网管组成。网管的内径大于单根钢丝的直径，导丝镜中的多根自聚焦光纤分布在网管内径与单根钢丝直径之间的空隙中。通常，被动式导丝镜使用单根导丝的结构设计。多根导丝是由两根以上的蛇骨拉伸钢丝和一个金属弹簧或金属编织网与聚合材料包覆的网管组成。一根蛇骨拉伸钢丝是由一根钢丝和包围在钢丝上的钢丝弹簧组成。钢丝与包围在钢丝上的钢丝弹簧之间是可以相对活动的，没有明显的阻尼约束。导丝镜中多根自聚焦光纤与蛇骨拉伸钢丝分布在网管中。通常，主动式导丝镜使用多根导丝的结构设计。无论单根导丝还是多根导丝的导丝镜，金属弹簧或金属编织网与聚合材料包覆的网管结合网管中的钢丝或多根蛇骨拉伸钢丝都为导丝镜提供了额外的支撑力(导丝轴向受压力时致使导丝弯曲的力)、揉韧性(导丝随自然腔道弯曲程度变化的能力)和触觉反馈的能力。

导丝镜的头端可以是一个不锈钢头端或是一个拥有一个不锈钢外套管的高分子材料头端。不锈钢头端或不锈钢外套管头端的推进方向和位置可以在X射线或超声波照射下从屏幕中清晰地观察到。

腔道管是一种拥有两个以上腔道的导管。一个腔道管中的每一个腔道都是彼此独立的，而且彼此不贯通。一个腔道管中腔道的数量及每一个腔道的直径与用途对于不同的内窥镜和临床应用都是不同的。一个腔道管中有一个专门为导丝镜而设置的腔道，称为导丝镜腔道。腔道管的后端设置有一个腔道管接入器。腔道管接入器上设置有所有腔道的接入口和其它设备接口，包括导丝镜腔道接入口。导丝镜腔道接入口上设置有一个导丝镜定向标记和锁紧装置。导丝镜进入腔道后，当导丝镜上的标记与导丝镜腔道接入口上的标记对齐后，将导丝镜接入口上的锁紧装置锁紧。这时，导丝镜中的自聚焦物镜的正方向与腔道管的正方向相同。解开锁紧装置后，导丝镜在导丝镜腔道中的插入深度、位置和自聚焦物镜的方向被改变和可以重新被设置。

腔道管分为软式腔道管、硬式腔镜腔道管和软式内窥镜腔道管。软式腔道管分为主动式和被动式。主动式腔道管是在腔道管的头端部中设置一个转向蛇骨，腔道管接入器上设置有一个摇臂，一个或两个转轮或推杆。腔道管中设置有两根以上的钢丝将转向蛇骨与摇臂，转轮或推拉杆连接在一起。转动腔道管接入器上的摇臂，转轮或推拉杆改变转向蛇骨的方向。被动式腔道管在腔道管头端部中没有蛇骨，在腔道管接入器上没有摇臂、转轮或推杆。软式腔道管可以作为一次性的耗材使用在临床中。硬式腔镜腔道管是将传统的硬式腔镜中的影像腔道改变成为导丝镜腔道，并将传统硬式腔镜的目镜接口改变成为一个导丝镜腔道接入口。硬式腔镜腔道管可以与一个主动式导丝镜联合使用。主动式导丝镜具有更细的插入部直径、更大的弯曲角度和更大的视场方向，解决了传统硬式腔镜观察空间受限的困扰。硬式腔镜腔道管与传统的硬式腔镜在外观，尺寸，结构和操作方式是相似和一致的，例如椎间孔镜、膀胱镜和宫腔镜。软式内窥镜腔道管是将传统的内窥镜中的影像腔道改变成为导丝镜腔道，并在内窥镜操作手柄上设置一个导丝镜腔道接入口。软式内窥镜腔道管与传统的软式内窥镜在外观，尺寸，结构和操作方式是相似和一致的，例如胃镜、肠镜、支气管镜、输尿管镜和宫腔镜。

根据腔道管中的导丝镜腔道头端出口处是否设置有隔离玻璃，腔道管分为隔离式和开放式两种。隔离式腔道管是在上述[0019]中所述的软式腔道管、硬式腔镜腔道管和软式内窥镜腔道管中的导丝镜腔道头端出口处设置一个隔离玻璃。腔道管进入人体后，导丝镜与人体自然腔道和器官的表面组织之间被隔离玻璃隔离开，没有直接的接触。导丝镜在整个临床中没有与人体自然腔道和器官表面有任何的直接接触，不会被人体自然腔道和器官表面组织上的细菌、病毒和其它微生物污染，所以临床观察和治疗后可以不对导丝镜进行消毒灭菌。这种导丝镜的操作模式和使用过程与传统的内窥镜操作模式和使用过程是相同的。通常，一个隔离式腔道管与一个被动式导丝镜联合使用。开放式腔道管是在上述[0019]中所述的软式腔道管、硬式腔镜腔道管和软式内窥镜腔道管中的导丝镜腔道头端出口处不设置隔离玻璃，导丝镜腔道是贯通的。导丝镜头端部中的自聚焦物镜和照明自聚焦透镜可以从导丝镜腔道中直接伸出到腔道管头端外面的空间中进行观察。因为导丝镜的直径比腔道管的直径更小，主动式导丝镜的头端部可以弯曲，所以开放式导丝内窥镜中的导丝镜可以单独进入那些自然腔道较小，弯曲变化较复杂的自然腔道中进行观察和诊断。通常，开放式腔道管与主动式导丝镜联合使用。这是一种全新的内窥镜技术和操作模式，对于那些自然腔道较小，弯曲变化较复杂的自然腔道的观察和检验具有较大的实用价值，例如支气管镜、输尿管镜和小肠镜。

导丝内窥镜分为无线和有线导丝内窥镜。无线导丝内窥镜是将导丝内窥镜中的摄像机、影像传感器和无线发射器集成在一个影像接头中。影像接头与腔道管接入器上的一个导丝镜腔道接入口连接在一起。导丝镜输出的影像在影像接头中经过摄像机的二次采集后，在影像传感器上成像。影像传感器输出的影像有两种输出的路径；第一种是，无线发射器将影像传感器输出的影像以无线方式传输到一个外设的影像处理器。第二种是，影像传感器将影像以有线方式输出到一个与影像接头连接在一起的小型影像处理器。无线发射器将小型影像处理器输出的影像以无线方式传输到主显示器。通常，小型影像处理器拥有一个自带的屏幕。对于一个无线2D导丝内窥镜，一个影像接头中集成了一个摄像机，一个影像传感器和一个无线发射器。对于一个无线3D导丝内窥镜，一个影像接头中集成了两个摄像机，两个影像传感器和两个无线发射器。无线导丝内窥镜的腔道管接入器上设置有一个照明光接入口，一个无线连接的LED照明光源与照明光接入口连接在一起，提供导丝镜使用的照明光。

对于上述[0019]中所述的硬式腔镜腔道管中配合使用的导丝镜，导丝镜中的自聚焦照明光传输系统中的自聚焦光纤可以使用普通的阶跃式光纤替代自聚焦光纤。硬式腔镜的插入部无法弯曲，阶跃式光纤的直径较大可以与自聚焦透镜的直径相匹配。另外，较大直径的光纤更适合没有弯曲要求的应用场景，对于影像传输和照明光传输系统的光学设计和组装工艺都要更简单，组装工艺的精度可以获得保证并拥有更低的综合成本。

自聚焦透镜是一种柱状透镜。自聚焦透镜的输入和输出端面都是平面。自聚焦透镜的折射率在中心轴线处n(0)最大，沿着透镜半径r的方向上按照一个二次方程式n(r)＝n(0)×[1－(k²×r²)/2]逐渐变小。因为透镜是轴对称的，所以透镜的径向折射率梯度k也是轴对称分布。当光线在自聚焦透镜的输入端面上半径为r处的入射角Q(r)小于或等于自聚焦透镜在对应的半径为r处的最大入射角Q(r)_max时，光线在自聚焦透镜中以一种正弦曲线的传输模式向前传输，所有不同传输模式的光线在自聚焦透镜中的光程是相等的。上述公式中，n(r)是自聚焦透镜半径为r处的折射率、n(0)是自聚焦光透镜中心轴线处的折射率、k是自聚焦透镜径向折射率梯度。自聚焦透镜的物象公式L₂＝1÷[n(0)×k]×{[n(0)×L₁×k×cos(k×z)+sin(k×z)]÷[n(0)×L₁×k×sin(k×z)－cos(k×z)]}，0<z<L₀，0<L₀<h。自聚焦透镜的线性放大率M＝r₂/r₁＝1÷[cos(k×z)－n(0)×L₁×k×sin(k×z)]。一个自聚焦透镜的成像是一个实像的充分必要条件是自聚焦透镜的像距L₂≥0。当L₂＝0时，一个关注物体成像在自聚焦透镜的输出表面上。这时的自聚焦透镜的物象公式为z＝(1/k)×arctan{[n(0)×k×(L₁+1)]÷[n(0)²×k²×L₁－1]}，0<z<L₀。通常，因为自聚焦透镜的直径大于后面耦合的一根自聚焦光纤的直径，所以自聚焦透镜的成像一般都是一个缩小的实像，M<1和L₂≥0。上述公式中，L₁是物距，一个关注物体与自聚焦透镜的输入表面之间的距离、L₀是自聚焦透镜前后两个表面之间的轴向距离，0<L₀<h、L₂是像距，自聚焦透镜的输出表面与像平面之间的距离、z是自聚焦透镜输入表面与透镜中任一横截面之间的距离，0<z<L₀、r₁是物高、r₂是像高，h是一个自聚焦透镜的节距，h＝(2π÷k)。

自聚焦透镜的数值孔径NA＝[n(0)×a×k]÷√[1+(a²+L₁ ²)×n²(0)×k²]。自聚焦透镜输入端面上半径为r处的一条斜光线的有效孔径ψ＝{2n(0)×k×L₁×√[(1+n²(0)×k²×L₁ ²)×a²－r]}÷[1+n²(0)×k²×L₁ ²]}，0≤r≤a。将NA与ψ进行对比后发现，自聚焦透镜的有效孔径随着半径r的增加而减小，半径a处的最小有效孔径ψ(min)＝{2n(0)×k×L₁×√[(1+n²(0)×k²×L₁ ²)×a²－a]}÷[1+n²(0)×k²×L₁ ²]}。上述公式中，a是自聚焦透镜的半径。

自聚焦光纤是一种光纤纤芯的折射率在纤芯中心轴线处n(0)最大，沿着纤芯半径r方向上按照一个二次方程式n(r)＝n(0)×[1－(g²×r²)/2]逐渐变小的多模光纤。因为纤芯是轴对称的，所以纤芯的径向折射率梯度g也是轴对称分布。一根自聚焦光纤的长度L’₀＝λ×N＝(2π÷g)×N。公式中，n(r)是自聚焦光纤纤芯半径为r处的折射率、n(0)是自聚焦光纤纤芯中心轴线处的折射率、g是自聚焦光纤的径向折射率梯度、λ是自聚焦光纤的节距，λ＝(2π÷g)、N是一个正整数。不同的光纤制造商使用的材料和制造工艺不同，自聚焦光纤的径向折射梯度g是不同的。美国OFS公司生产的自聚焦光纤参数为n(0)＝1.4912，g＝0.00389/μm@532nm。自聚焦光纤的二次方程式n(r)＝1.4912×[1－(0.00389)²×r²/2]、节距为λ＝1000×(2π÷g)＝1.615mm。一根自聚焦光纤的长度L’₀＝λ×N＝1000×(2π÷g)×N＝1.615×N mm。

虽然自聚焦透镜与自聚焦光纤使用的材料和制造工艺不同，但是两者在光线传输模型、成像原理、光线方程、折射率分布规律和光线轨迹都是相同的。对于自聚焦透镜的所有研究、光线方程、近似理论和结论对于自聚焦光纤是适用的。根据上述[0024]中所述，自聚焦光纤的数值孔径NA＝[n(0)×a×g]÷√[1+(a²+L₁ ²)×n²(0)×g²]、自聚焦光纤输入端面上半径为r处的一个斜光线的有效孔径ψ＝{2n(0)×g×L₁×√[(1+n²(0)×g²×L₁ ²)×a²－r]}÷[1+n²(0)×g²×L₁ ²]，0≤r≤a。自聚焦光纤输入端面中心处的最大入射角Q(0)_(max)＝arcSim(NA)＝arcSim√[n(0)×a×g]÷√[1+(a²+L₁ ²)×n(0)²×g²]。当一个轴外光线在自聚焦光纤输入端面上半径为r处的入射角Q(r)小于或等于该点处的最大入射角Q(r)≤Q(r)_(max)，并且光纤长度L’₀＝λ×N时，光线在自聚焦光纤中以一种正弦曲线的传输模式向前传输、所有不同传输模式的光线在自聚焦光纤中的光程是相等的，光线离开自聚焦光纤输出端面时的传输方向与光线进入自聚焦光纤输入端面时的传输方向是相同的。因为进入到光纤中的光线是以正弦曲线模式传输，所以，光线在透镜和纤芯半径a处时并不会接触到透镜和纤芯外表面。自聚焦透镜和自聚焦光纤纤芯将影像约束在透镜和光纤纤芯内，与全反射无关。因为这个特性，自聚焦光纤弯曲时，光线不会因为自聚焦光纤的弯曲半径过小而发生光线泄漏的问题。这是自聚焦光纤与传统的均匀折射率光纤的最大区别之一。上述公式中，a是自聚焦光纤纤芯半径、L₁是物距，一个关注物体与自聚焦光纤的输入表面之间的距离、NA是自聚焦光纤的数值孔径。

到目前为止，自聚焦光纤被广泛地用于光纤数字通讯，还没有进入到影像传输的领域。尽管自聚焦光纤生产工艺复杂，价格较高，但是自聚焦光纤解决了传统光纤中存在的色散及弯曲半径较小时的信息泄漏问题。

一个自聚焦透镜与一根自聚焦光纤的耦合是将一个自聚焦透镜的输出表面或输入表面与一个自聚焦光纤的一个终端的表面粘接在一起的一种连接方式。因为大部分微小内窥镜中自聚焦透镜和自聚焦光纤的物理尺寸是在数十或数百微米的范围内，所以自聚焦透镜与一根自聚焦光纤的耦合对于耦合精度的要求非常高。为了保证耦合精度，一个经过精密设计和加工的套管是可以将自聚焦透镜和自聚焦光纤精密地耦合在一起的。一个精密套管能够确保自聚焦透镜的中心线和自聚焦光纤的中心线在组装后精密地对齐。耦合效率是指一根自聚焦光纤从一个自聚焦透镜输出的影像中获得的影像部分与自聚焦透镜输出的影像部分之比。

自聚焦透镜和自聚焦光纤在成像和传输过程中出现像差、衰减和色散。对于像差；自聚焦透镜产生像差的原因是因为在求解光线方程的过程中引入了近轴理论。近轴理论可以获得光线方程的近似解和近轴折射率分布，但是近似解偏离了理想值。解决方法是通过改进自聚焦透镜的制作工艺使折射率分布曲线的高阶项系数接近理想值，从而达到改善像差的目的。对于衰减；影像在光纤中衰减的主要原因是使用的材料中存在着杂质或工艺造成的。解决方法是通过使用更纯净材料和改善制造工艺实现影像衰减的最小化。对于色散；因为自聚焦透镜和光纤的折射率n(r)、径向折射率梯度k和g都是波长的函数，所以，自聚焦透镜和自聚焦光纤在影像成像和传输过程中存在着模式色散，可见光中不同波长和频率的单色光在自聚焦光纤中的光程不等而产生的一种色散。因为光线在自聚焦透镜和光纤中的轨迹是正弦曲线，所以色散也是随着成像的周期变化而具有周期性。影像中的各种单色光波长从400nm到700nm不等。每一束进入自聚焦光纤的白光中不同波长的单色光走过的光程是不等的，因此不同的单色光到达输出端面的时间是不相同的，从而造成了色散。因为自聚焦摄像机光纤应用使用的自聚焦光纤的长度很小，通常为数十厘米或数米，所以模式色散对影像质量的影响是很小的，可以忽略不计。

一个2D影像处理器中设置有一个影像处理芯片(ISP)、一个无线模块、一个屏幕、一个数据存储器和操作系统。

一个3D影像处理器中设置有两个影像处理芯片，一个或两个无线模块，一个3D屏幕，一个集成和存储有多条指令并由3D影像处理器加载并执行的3D芯片，一个数据存储器和操作系统。3D芯片是一个集成和存储有多条指令，包括(不限于)一个平移指令、一个定位指令、一个追踪指令、一个等效缩放指令、一个测量指令和操作指令的芯片。3D芯片中的上述指令由3D影像处理器加载并执行。3D影像处理器输出左右两个独立的影像，一个左右格式或一个上下格式的影像。

影像处理芯片对左右两个导丝镜输出的两个影像分别进行处理、修正和优化，包括(不限于)；白平衡、色彩、增加色彩饱和度、提高锐度、亮度、对比度、降低噪点、尖锐影像边缘、细节修复和压缩等参数。

操作系统通过一个内置的触摸屏幕和操作界面实现人机互动、操作指令对页面和影像进行管理、影像输入、输出、存储、加载并执行3D芯片的指令、通过有线或无线方式将完成修正、处理、优化、平移、定位、追踪、动态改变影像放大率和测量的左右两个独立的影像、一个左右格式或上下格式的影像输出到内置的屏幕中播放、远程控制中心和数据库、开放接口与其他操作系统和第三方应用软件兼容、下载各种应用和APP的链接、其他第三方并可以与其他第三方实时地进行多媒体互动和交流。

一个或两个无线通讯模块将经过影像处理芯片和3D芯片指令完成后的影像以无线方式实时地输出到外设的3D显示器、数据库、路由器、数据中心和其它第三方，并与第三方实时地进行多媒体互动和交流。

汇聚法和平行法是双镜头立体摄像机通常使用的两种立体影像拍摄方法。每一种方法都有各自的问题，包括梯形畸变、非线性畸变和立体影像汇聚点出屏。汇聚法是一种模拟人的双眼观察世界的仿生立体拍摄方法。在初始设定时，左右两个摄像机通过向内角转动，直到左右两个摄像机中心线汇聚在一个位于立体摄像机中心轴线上的关注物体上。当关注物体移动时，左右两个摄像机通过向内角或外角方向同步转动的方式追踪移动中的关注物体，并将左右两个摄像机中心线始终汇聚在移动中的关注物体上。这个采集关注物体影像的过程与人的双眼通过转动眼球方式跟踪并聚焦在关注物体上的过程是相同的，获得的立体影像的立体效果也是相同的，具有一种真实、自然和舒适的感受。汇聚法的核心是将采集的一个位于立体摄像机中心轴线上的关注物体的左右两个影像分别成像在左右两个图像传感器的中心。平行法是一种相当于眼睛观察一个位于无穷远处的关注物体的方式采集关注物体立体影像的拍摄方法。平行法获得的影像虽然没有梯形畸变，但是存在非线性畸变和立体影像汇聚点出屏的问题。立体影像较长时间的出屏效果与眼睛观察物体的习惯和感受不同，会造成眼睛疲劳和不舒服。相较于平行法，汇聚法是一种更为理想的立体影像拍摄方法。

3D导丝镜使用一种同屏等效汇聚法的立体影像拍摄方法。这是一种以平行法为基础，融合了汇聚法的仿生立体拍摄方法的核心技术的立体影像拍摄方法。同屏等效汇聚法通过平移左右两个影像的方式替代了汇聚法通过向内角或外角方向上同步转动左右两个摄像机的方式追踪和汇聚移动中的关注物体。同屏等效汇聚法获得的立体影像的立体效果与汇聚法通过向内角或外角同步转动摄像机的方式获得的立体影像的立体效果是相同的，但影像没有汇聚法中的梯形畸变。同时，同屏等效汇聚法解决了平行法中立体影像的非线性畸变和立体影像汇聚点出屏的问题。实际上，同屏等效汇聚法的最大贡献和意义是在立体影像采集空间和立体影像播放空间之间通过一个线性传递函数建立了一个线性关系，这是一个立体影像线性空间理论的基础。

本发明提出的一种导丝内窥镜解决了微小内窥镜获得高清影像、一根自聚焦光纤的高清影像和照明光传输、医用导丝可视化和减小一次性内窥镜成本的问题，具有高度集成的结构设计、操作简单、影像还原度高、成本较低、易于推广和普及的特点。

附图说明

图1一个自聚焦透镜成像原理示意图；

图2一个自聚焦物镜及成像原理示意图；

图3一根自聚焦光纤影像传输原理示意图；

图4一个自聚焦物镜与一根自聚焦光纤耦合原理示意图；

图5一个光学对称自聚焦成像及传输系统原理示意图；

图6一个光学对称自聚焦成像及传输系统光路示意图；

图7一个2D导丝镜中一个自聚焦成像及传输系统光路示意图；

图8一个3D导丝镜中两个自聚焦成像及传输系统光路示意图；

图9一个2D导丝内窥镜成像及传输光路示意图；

图10一个3D导丝内窥镜成像及传输光路示意图；

图11一个自聚焦照明光传输系统光路示意图；

图12一个分光镜示意图；

图13一个主动式导丝镜示意图

图14一个软式腔道管示意图；

图15一个硬式椎间孔镜腔道管示意图；

图16一个软式消化道镜腔道管示意图；

图17一个无线软式支气管镜腔道管示意图；

图18一个导丝内窥镜系统工作原理示意图；

图19一个无线导丝内窥镜系统工作原理示意图；

具体实施方式：

本发明的具体实施方式表示本发明具体化的一个例子，与权利要求书和说明书中的内容和特定事项具有对应关系。本发明不限定实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内，能够通过对各种不同的实施方式实现具体化。所有示意图中的说明案例都是所述的多个可实施技术方案中的一个例子。

图1所示的是一个自聚焦透镜成像原理意图。图中所示的一个关注物体P位于自聚焦透镜1的前方，物距为L₁，像高为r₁。自聚焦透镜1将关注物体P成像在自聚焦透镜1的输出表面上，像高为r₂，一个倒立的实像Q，放大率为M＝-r₂/r₁。自聚焦透镜1的轴向长度为L₀。2是自聚焦透镜1的包层(Cladding)。

图2所示的是一个自聚焦物镜及成像原理示意图。图中所示的一个自聚焦物镜6是由三个自聚焦透镜3、4和5组成。自聚焦透镜3的输出表面与透镜4的输入表面粘接在一起，透镜4的输出表面与透镜5的输入表面粘接在一起。三个自聚焦透镜3、4和5粘接在一起后成为一个新的组合式自聚焦透镜，自聚焦物镜6。自聚焦物镜6的输入表面是自聚焦透镜3的输入表面。自聚焦物镜6的输出表面是自聚焦透镜5的输出表面。一个关注物体P位于自聚焦物镜6的前方，物距为L₁，像高为r₁。自聚焦物镜6将关注物体P成像在自聚焦物镜6的输出表面上，像高为r₃，一个正立的实像Q，放大率M＝r₃/r₁。

图3所示的是一根自聚焦光纤影像传输原理示意图。图中所示的一根自聚焦光纤7的输入端面上，入射光线8a和8b的入射角Qa和Qb都小于自聚焦光纤7的最大入射角Q(0)_(max)＝arc Sim(NA)。入射光线8a和8b进入自聚焦光纤7的纤芯后以一种正弦曲线的传输模式在光纤7的纤芯中向前传输。根据上述[0025]中所述，自聚焦光纤的长度L’₀＝λ×N＝×(2π÷g)×N。光线8a和8b到达自聚焦光纤7的输出端面离开时，出射角Q’a和Q’b与输入端面上的入射角Qa和Qb的大小相等，方向相同。图中的虚像表示一个离轴入射光线8c从自聚焦光纤7输入端面上半径r处进入自聚焦光纤7的纤芯，光线8c以一种正弦曲线的传输模式在自聚焦光纤7的纤芯中向前传输。光线8c到达自聚焦光纤7的输出端面离开时，出射角Q’c与输入端面上的入射角Qc的大小相等，方向相同。2是自聚焦光纤7的包层(Cladding)。

图4所示是一个自聚焦物镜与一根自聚焦光纤耦合原理示意图。图中所示的一个关注物体P位于一个自聚焦物镜6的前方，物距为L₁，像高为r₁。自聚焦物镜6是由三个自聚焦透镜3、4和5组成。自聚焦物镜6将关注物体P成像在自聚焦物镜6的输出表面上，像高为r₃，一个正立的实像W，放大率M＝r₃/r₁。一根自聚焦光纤7的输入端端面与自聚焦物镜6的输出表面粘接在一起。这是一个自聚焦透镜6与一根自聚焦光纤7之间的一种耦合方式。一根自聚焦光纤7将自聚焦物镜6输出表面上的像W以一种正弦曲线的传输模式向前传输到自聚焦光纤7的输出表面上，像高为r₄，一个正立的实像R，放大率M＝r₄/r₃。理论上，一根自聚焦光纤7的传输放大率为1:1，像高r₄＝r₃，

图5所示的是一个光学对称自聚焦成像及传输系统原理示意图。图中所示的是一个自聚焦成像及传输系统中的核心部分，包括一个自聚焦物镜6、一根自聚焦光纤7和一个自聚焦目镜9。自聚焦物镜6和自聚焦目镜9都是由三个自聚焦透镜3、4和5组成，但是排列顺序相反。按照输入表面至输出表面的顺序方向排列的话，自聚焦物镜6中的三个自聚焦透镜3、4和5的排列顺序是3-4-5，自聚焦目镜9中的三个自聚焦透镜3、4和5的排列顺序则是5-4-3。一根自聚焦光纤7的输入端面与自聚焦物镜6的输出表面粘接在一起，自聚焦光纤7的输出端面与自聚焦目镜9的输入表面粘接在一起。一束光线G以离轴方式(r＝b)和入射角β进入自聚焦物镜6的输入表面。一根自聚焦光纤将光线G从自聚焦物镜6的输出表面传输到自聚焦目镜9的输入表面。光线G将以相同的离轴高度(r＝b)和出射角β离开自聚焦目镜9的输出表面，光线G的方向没变。

图6所示的是一个光学对称自聚焦成像及传输系统光路示意图。图中所示的是一个自聚焦成像及传输系统中的核心部分，包括一个自聚焦物镜6、一根自聚焦光纤7和一个自聚焦目镜9。关注物体P位于自聚焦物镜6的前方，物距为L₁，像高为r₁。自聚焦物镜6中的三个自聚焦透镜3、4和5的排列顺序为3-4-5。自聚焦物镜6将关注物体P成像在自聚焦物镜6的输出表面上，像高为r₃，一个正立的实像W，放大率M＝r₃/r₁。一根自聚焦光纤7的输入端端面与自聚焦物镜6的输出表面粘接在一起，并将像实像W以一种正弦曲线的传输模式向前传输到自聚焦光纤7的输出表面上，像高为r₄，一个正立的实像R，放大率M＝r₄/r₃，而且r₄＝r₃。自聚焦光纤的长度为L’₀＝λ×N＝×(2π÷g)×N。自聚焦光纤7的输出表面与自聚焦目镜9的输入表面粘接在一起。影像R，像高为r₄，离开自聚焦光纤7进入自聚焦目镜9。自聚焦目镜9是由三个自聚焦透镜3、4和5组成，排列顺序是5-4-3，与自聚焦物镜6中的三个自聚焦透镜3、4和5的排列顺序正好相反。根据光学可逆性原理，关注物体P经过一个对称光学自聚焦成像及传输系统后的成像为P’，而且P’＝P，L₂＝L₁，像高都为r₁，P’是一个正立的实像。

图7所示的是一个2D导丝镜中一个自聚焦成像及传输系统示意图。图中所示的一个2D导丝镜中，一个自聚焦成像及传输系统是由一个自聚焦物镜6、一根自聚焦光纤7、一个自聚焦目镜9和一个透镜组10组成。自聚焦物镜6和自聚焦目镜9都是由3个自聚焦透镜组成。自聚焦物镜6将采集的影像成像在自聚焦物镜6的输出表面上，一根自聚焦光纤7将自聚焦物镜6的输出表面上的影像传输到一个自聚焦目镜9的输入表面上，自聚焦目镜9将影像投射到一个透镜组10上。透镜组10将影像输出。

图8所示的是一个3D导丝镜中两个自聚焦成像及传输系统示意图。图中所示的一个3D导丝镜中，左右两个自聚焦成像及传输系统完全相同，而且每个系统都与上述[0044]中所示的一个2D导丝镜中的一个自聚焦成像及传输系统相同。左右两个自聚焦成像及传输系统中的左右两个自聚焦物镜6的中心线彼此平行，之间的距离为t，称为3D导丝镜的视间距。导丝镜的视间距t＝0.5mm-4.0mm之间。

图9所示的是一个2D导丝内窥镜成像及传输光路示意图。图中所示的一个2D导丝内窥镜中，一个摄像机11将一个2D导丝镜中的一个自聚焦成像及传输系统(虚像包围中)输出的影像在一个影像传感器12上成像。

图10所示的是一个3D导丝内窥镜成像及传输光路示意图。图中所示的一个3D导丝内窥镜中，左右两个摄像机11将一个3D导丝镜中的左右两个自聚焦成像及传输系统(虚像包围中)输出的左右两个影像分别在左右两个影像传感器12上成像。左右两个影像传感器12分别同步地输出左右两个独立的影像。

图11所示的是一个自聚焦照明光传输系统光路示意图。图中所示的是一个自聚焦照明光传输光路包括一个照明光汇聚透镜17、一个照明光光源18和一个自聚焦照明光传输系统。图中所示的一个自聚焦照明光传输系统是由一个自聚焦透镜13、一根自聚焦光纤14和一个分光镜15和16组成。照明光光源18发出的照明光经过一个透镜17后，成为一束汇聚光进入到一个柱镜15中。柱镜15的输出表面上设置有多个分光柱16。进入柱镜15的照明光被多个分光柱等量地分光。一根自聚焦光纤14与一个分光柱16的上表面粘接在一起，自聚焦光纤14的另一个终端端面与一各设置在导丝镜头端中的自聚焦透镜13的输入表面粘接在一起。一根自聚焦光纤14将一个分光柱16内的照明光部分传输到导丝镜头端中的一个自聚焦透镜13中。自聚焦透镜13将照明光投射到导丝镜前方的视场中。

图12所示的是一个分光镜示意图。图中所示的一个分光镜是由一个柱镜15和两个相同的分光柱16组成。图中所示的柱镜15的输入端表面的直径大于输出端表面的直径。两个分光柱16的下表面完全覆盖了柱镜15的输出表面。分光柱16的上表面是圆形。一束汇聚的照明光G进入柱镜15的输入表面后，两个分光柱16将照明光G分成为等量的两个照明光部分，进入每一个分光柱16中的照明光部分为g。分光镜15和16对于照明光的分光效率小于1，G≥2g。

图13所示的是一个主动式导丝镜示意图。图中所示的一个主动式导丝镜插入部24的头端21中设置有一个自聚焦物镜19、一个照明光自聚焦透镜20和一个转向蛇骨22。一根导丝23设置在导丝镜插入部24中。导丝23的尖端不进入到转向蛇骨22的范围以内，以避免手指转动转向轮26时需要额外的扭力。操作手柄25上设置有两个转向轮26。导丝镜中的一个自聚焦成像及传输系统中的透镜组设置在光学接头27中，自聚焦照明光传输系统中的一个分光镜设置在照明光接头28中。

图14所示的是一个软式腔道管示意图。图中所示的一个被动式软式腔道管30，腔道管接入器31上设置有两个腔道的接入口32和33，一个导丝镜腔道接入口34。软式腔道管30的插入部头端端面29上有上述三个腔道32、33和34的出口。

图15所示的是一个硬式椎间孔镜腔道管示意图。图中所示的一个硬式椎间孔镜腔道管是将一个椎间孔镜的影像腔道与照明腔道合并成为一个导丝镜腔道40。改变后的硬式椎间孔镜腔道管与传统的椎间孔镜在外观、尺寸、结构和操作方式是相似和一致的。硬式椎间孔镜腔道管插入部35的头端不能弯曲。腔道管接入器36上设置有导丝镜腔道连接入口40、器械腔道接入口39、冲水和抽水腔道接入口37和38。

图16所示的是一个软式消化道镜腔道管示意图。图中所示的一个软式消化道镜腔道管是将一个传统的消化道内窥镜的影像腔道改变成为一个导丝镜腔道，并在内窥镜操作手柄43的顶部设置一个导丝镜腔道接入口42。改变后的软式消化道镜腔道管与传统的消化道内窥镜在外观、尺寸、结构和操作方式是相似和一致的。腔道管接入器43上设置有两个转向轮41，可以改变腔道管插入部45头端共四个方向的观察方向。照明光接头46将来自外部的照明光引入软式消化道镜腔道管。导丝镜中的分光镜与设置在照明光接头46后端的一个照明光接头连接在一起。44是器械腔道接入口。47是水汽腔道接入口。

图17所示的是一个软式支气管镜腔道管示意图。图中所示的一个软式支气管镜腔道管是将一个传统的支气管镜的影像腔道改变成为一个导丝镜腔道，改变后的软式支气管镜腔道管与一个传统的便携式支气管镜在外观、尺寸、结构和操作方式是相似和一致的。腔道管接入器51上设置有两个转向手轮48，可以改变腔道管插入部53头端共四个不同方向的观察。导丝镜腔道接入口49设置在腔道管接入器51的顶部。一个影像接头50中集成了摄像机、影像传感器和无线发射器，并连接着一个带有屏幕的影像处理器55。影像接头50与导丝镜腔道接入口49连接后，摄像机将导丝镜输出的影像在影像传感器上成像。影像传感器将影像通过有线连接方式输出到影像处理器55进行处理、修正和优化，并在自带的屏幕中播放。无线发射器将经过影像处理器55处理、修正和优化后的影像以无线方式传输到主显示器、数据库、路由器、影像控制中心和其它第三方。照明光来自于一个无线连接的LED光源54，提供导丝镜使用的照明光。52是器械腔道接入口。

图18所示的是一个导丝内窥镜系统工作原理示意图。图中所示的一个开放式的软式腔道管30，腔道管头端端面29上的导丝镜腔道是开放的。导丝镜插入部24从腔道管接入器31上的导丝镜腔道接入口34进入腔道管30中，通过腔道管30的头端端面29后，导丝镜插入部头端21进入到腔道管头端端面29前方的空间中进行观察。导丝镜采集的影像经过设置在影像接头27中的透镜组输出，摄像机11将影像成像在影像传感器12上。影像传感器12将影像传输到一个外设的影像处理器55。影像处理器55将修正、处理和优化后的影像输出到主显示屏幕56中播放。照明光源18发出的照明光经过一个汇聚透镜17后进入到照明光接头28中，经过一个自聚焦照明光传输系统后被投射到导丝镜插入部24头端21的前方视场中。57是一个外设数据库。

图19所示的是一个无线导丝内窥镜系统工作原理示意图。图中所示的一个无线软式腔道管30，腔道管头端端面29上的导丝镜腔道是开放的。导丝镜插入部24从腔道管接入器31上的导丝镜腔道接入口34进入腔道管30中，通过腔道管30的头端端面29后，导丝镜插入部头端21进入到腔道管头端端面29前方的空间中进行观察。导丝镜腔道接入口49设置在腔道管接入器51的顶部。一个影像接头50中集成了摄像机、影像传感器和无线发射器，并连接着一个自带屏幕的影像处理器55。影像接头50与导丝镜腔道接入口49连接后，摄像机将导丝镜输出的影像成像在影像传感器上。影像传感器将影像通过有线方式输出到影像处理器55进行处理、修正和优化，并在自带的屏幕中播放。无线发射器将经过影像处理器55修正、处理和优化后的影像以无线方式传输到主显示器56和数据库57。照明光来自于一个无线连接的LED光源54，提供导丝镜使用的照明光。

Claims (3)

1.一种导丝内窥镜，其特征在于，

所述的一种导丝内窥镜分为2D导丝内窥镜和3D导丝内窥镜；一个2D导丝内窥镜是由一个2D导丝镜，一个腔道管，一个摄像机和一个2D影像处理器组成；一个3D导丝内窥镜是由一个3D导丝镜，一个腔道管，两个相同的摄像机和一个3D影像处理器组成；

所述的2D或3D导丝镜是一种集成了医用导丝，影像采集，成像，影像和照明光传输功能于一体的微小内窥镜；

所述的一个2D导丝镜是由一个医用导丝，一个自聚焦成像及传输系统和一个自聚焦照明光传输系统组成；所述的一个自聚焦成像及传输系统是由一个自聚焦物镜，一根自聚焦光纤，一个自聚焦目镜和一个透镜组组成；所述的一个自聚焦物镜是由多个被粘接在一起的自聚焦透镜组成的一个组合式自聚焦透镜；所述的一个自聚焦目镜是由多个被粘接在一起的自聚焦透镜组成的一个组合式自聚焦透镜；一个组合式自聚焦透镜中，第一个自聚焦透镜的输出表面与第二个自聚焦透镜的输入表面粘接在一起，以此类推，最后一个自聚焦透镜的输入表面与前面相邻的一个自聚焦透镜的输出表面粘接在一起；一个自聚焦物镜的输出表面是一个组合式自聚焦透镜中最后一个自聚焦透镜的输出表面；一个自聚焦目镜的输入表面是一个组合式自聚焦透镜中第一个自聚焦透镜的输入表面；一根长度为L’₀＝λ×N＝(2π÷g)×N的自聚焦光纤的一个终端端面与一个自聚焦物镜的输出表面粘接在一起，另一个终端端面与一个自聚焦目镜的输入表面粘接在一起；一个自聚焦成像及传输系统中，一个自聚焦物镜将一个关注物体成像在自聚焦物镜的输出表面上，一根自聚焦光纤将自聚焦物镜输出表面上的影像传输到一个自聚焦目镜的输入表面上，自聚焦目镜将影像投射到一个由一个或两个以上传统光学镜片组成的透镜组，透镜组将影像输出；一个2D导丝内窥镜中，一个摄像机将一个2D导丝镜中的一个自聚焦成像及传输系统输出的影像成像在一个影像传感器上，一个2D影像处理器对影像传感器输出的一个影像进行修正，处理和优化后输出一个影像；上述公式中，L’₀为自聚焦光纤的长度，λ＝(2π÷g)为自聚焦光纤的节距，g为自聚焦光纤的径向折射率梯度，N为一个正整数；

所述的一个3D导丝镜是由一个医用导丝，两个自聚焦成像及传输系统和一个自聚焦照明光传输系统组成，其中，两个自聚焦成像及传输系统是两个彼此独立和完全相同的系统，每一个系统与上述所述的2D导丝镜中的一个自聚焦成像及传输系统相同，两个系统中彼此一一对应的两个自聚焦物镜，两个自聚焦目镜，两根自聚焦光纤和两个透镜组都完全相同；两个自聚焦成像及传输系统中的两个自聚焦物镜分别设置在一个3D导丝镜中心轴线的左右两边，左右两个自聚焦物镜的中心线分别与3D导丝镜的中心轴线之间的距离相等，彼此平行；一个3D导丝镜中，左右两个自聚焦物镜分别将一个位于3D导丝镜中心轴线上的关注物体成像在左右两个自聚焦物镜的输出表面上，左右两根自聚焦光纤分别将左右两个自聚焦物镜输出表面上的影像传输到左右两个自聚焦目镜的输入表面上，左右两个自聚焦目镜分别将左右两个影像投射到左右两个透镜组，左右两个透镜组分别将左右两个影像输出；一个3D导丝内窥镜中，左右两个摄像机分别将一个3D导丝镜中左右两个自聚焦成像及传输系统输出的左右两个影像成像在左右两个影像传感器上；一个3D影像处理器对左右两个影像传感器输出的左右两个影像分别进行修正，处理，优化，加载并执行一个3D芯片对左右两个影像的多个指令的操作后，输出左右两个独立的影像，一个左右格式或一个上下格式的影像；

所述的一个自聚焦照明光传输系统是由两个以上的自聚焦透镜，与自聚焦透镜数量相同的自聚焦光纤和一个分光镜组成；所述的一个分光镜是由一个柱镜和粘接在柱镜输出表面上的两个以上的分光柱组成，所有的分光柱的外形、几何尺寸和材料都是相同的；柱镜的输入表面和输出表面直径可以相等，也可以不相等，但是柱镜的输入表面直径大于或等于柱镜的输出表面直径；每一个分光柱的下表面形状是一个半圆形或多边形，多边形的一个边是一个曲率半径与柱镜输出表面的半径相等的圆弧边，所有的分光柱的下表面完全覆盖了柱镜的输出表面，分光柱的上表面形状是一个圆形并与一根自聚焦光纤的一个终端端面粘接在一起，分光柱上表面的直径小于或等于粘接在一起的一根自聚焦光纤纤芯的直径,d≤2a，自聚焦光纤的另一个终端端面与设置在导丝镜头端中的一个自聚焦透镜的输入表面粘接在一起；除了柱镜的两个端面和分光柱的上下表面外，柱镜和分光柱的侧表面上镀有涂层，使照明光只能够在分光镜中传输；柱镜的输入表面上镀有涂层，以减少照明光在柱镜输入表面上的反射损失；来自外部的一束汇聚的照明光通过柱镜的输入表面进入分光镜后，在分光镜中被多个分光柱等量地分光，分光柱的数量与自聚焦照明光传输系统中自聚焦光纤的数量相同，一根自聚焦光纤将进入一个分光柱中的照明光部分传输到设置在导丝镜头端中的一个自聚焦透镜，自聚焦透镜将照明光投射到导丝镜前方的视场中；上述公式中，d为分光镜中的一个分光柱上表面的直径，a为自聚焦光纤纤芯的半径；

所述的导丝镜分为主动式和被动式；主动式导丝镜的头端部中设置有一个转向蛇骨，导丝镜上设置有一个操作手柄，操作手柄上设置有一个摇臂，一个或两个转轮或推拉杆，两个以上的钢丝将转向蛇骨与操作手柄上的摇臂，转轮或推拉杆连接在一起，转动摇臂或转轮或推拉杆将改变转向蛇骨的方向；被动式导丝镜在导丝镜上没有操作手柄，导丝镜头端部中没有转向蛇骨；

所述的腔道管是一个拥有两个以上腔道的导管，腔道管中的每一个腔道都是彼此独立的，腔道的数量和每一个腔道的直径根据不同的内窥镜和临床应用是不同的，其中的一个腔道是专门为导丝镜设置的，腔道管的后部设置有一个腔道管接入器，腔道管接入器上设置有所有腔道的接入口和其它设备的接口，其中的导丝镜腔道接入口上设置有一个导丝镜定向标记和锁紧装置；腔道管分为软式腔道管，硬式腔镜腔道管和软式内窥镜腔道管；软式腔道管分为主动式和被动式；主动式腔道管是在腔道管的头端部中设置有一个转向蛇骨，腔道管接入器上设置有一个摇臂，一个或两个转轮或推拉杆，两根以上的钢丝将转向蛇骨与摇臂，转轮或推拉杆连接在一起，转动摇臂或转轮或推拉杆改变转向蛇骨的方向；被动式腔道管在腔道管头端部中没有转向蛇骨，腔道管接入器上没有摇臂，转向轮或转向杆；硬式腔镜腔道管是将传统的硬式腔镜中的影像腔道改变成为导丝镜腔道，传统硬式腔镜的目镜接口改变成为一个导丝镜腔道接入口；软式内窥镜腔道管是将传统的软式内窥镜中的影像腔道改变成为导丝镜腔道，并在内窥镜操作手柄上设置一个导丝镜腔道接入口；根据导丝镜腔道头端出口处是否设置有隔离玻璃，腔道管分为为隔离式和开放式；所述的隔离式腔道管是在导丝镜腔道头端出口处设置一个隔离玻璃，导丝镜在临床观察和治疗过程中与人体自然腔道和器官的表面组织没有任何的接触；所述的开放式腔道管是导丝镜腔道头端出口是开放的，没有隔离玻璃，导丝镜头端可以通过腔道管头端出口处进入到腔道管头端前方的空间中进行观察；导丝镜腔道接入口上的一个导丝镜定向标记与导丝镜上的标记对齐后，使用锁紧装置将导丝镜锁紧，导丝镜中的自聚焦物镜的正方向与腔道管的正方向是一致的，解开锁紧装置后，导丝镜头端中的自聚焦物镜的位置和方向就被改变了；

所述的医用导丝分为单根导丝和多根导丝；单根导丝是由一根钢丝和包围在钢丝上的金属弹簧或金属编织网与聚合材料包覆的网管组成，导丝镜中的多根自聚焦光纤分布在网管内径和单根钢丝直径之间的空隙中；多根导丝是由两根以上的蛇骨拉伸钢丝和一个金属弹簧或金属编织网与聚合材料包覆的网管组成，一根蛇骨拉伸钢丝是由一根钢丝和包围在钢丝上的金属弹簧组成，钢丝和金属弹簧之间是可以相对活动的，导丝镜中多根自聚焦光纤和蛇骨拉伸钢丝分布在网管的内部空间中；

所述的导丝内窥镜分为无线和有线导丝内窥镜；所述的一种无线导丝内窥镜是将导丝内窥镜中的摄像机，影像传感器和无线发射器集成在一个影像接头中；影像接头与腔道管接入器上的一个导丝镜腔道接入口连接在一起，导丝镜输出的影像在影像接头中经过摄像机再次采样后，在影像传感器上成像，影像传感器有两种输出影像的路径；第一种是无线发射器将影像传感器输出的影像以无线方式传输到一个外设的影像处理器；第二种是影像传感器将影像以有线方式输出到一个连接在影像接头上的小型影像处理器，无线发射器将小型影像处理器输出的影像以无线方式传输到主显示器；对于一个无线2D导丝内窥镜，一个影像接头中集成了一个摄像机，一个影像传感器和一个无线发射器；对于一个无线3D导丝内窥镜，一个影像接头中集成了两个摄像机，两个影像传感器和两个无线发射器；无线导丝内窥镜的腔道管接入器上设置有一个照明光接入口，一个无线连接的LED照明光源与照明光接入口连接在一起，为导丝镜提供照明光。

2.根据权利要求1所述的一种导丝内窥镜，其特征在于，

所述的一个自聚焦成像及传输系统中，当一个自聚焦物镜与一个自聚焦目镜完全相同，而且自聚焦物镜中的自聚焦透镜的排列顺序与自聚焦目镜中的自聚焦透镜的排列顺序相反时，自聚焦成像及传输系统是一个光学对称系统。

3.根据权利要求1所述的一种导丝内窥镜，其特征在于，

2D或3D影像处理器对一个影像传感器输出的影像或左右两个影像传感器输出的左右两个影像分别进行修正，处理和优化，包括；白平衡、色彩、增加色彩饱和度、提高锐度、亮度、对比度、降低噪点、尖锐影像边缘、细节修复和压缩；

一个3D影像处理器包括两个影像处理芯片，一个或两个无线模块，一个3D屏幕，一个集成和存储有多条指令并由3D影像处理器加载并执行的3D芯片；所述的3D芯片是一个集成和存储有多条指令，包括一个平移指令，一个定位指令，一个追踪指令，一个等效缩放指令，一个测量指令和操作指令的芯片，3D芯片中的上述指令由3D影像处理器加载并执行；3D影像处理器输出左右两个独立的影像，一个左右格式或一个上下格式的影像。

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