CN116831507A - 内窥镜多光谱照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及内窥镜多光谱照明装置，包括：光源组件，所述光源组件具有多个光源模式，并输出单路或多路光信号；内窥镜组件，所述内窥镜组件将输入的光信号照射于物体，并接收反射的荧光信号；成像控制组件，所述成像控制组件将荧光信号转换成图像信号，并显示，以及调控所述光源组件的光路模式。本发明中，在不同微创手术时，调整所述光源组件通过对应的光源模式输出光信号，光信号输入所述内窥镜组件后，照射在组织病变位置，由于荧光存在区别，病变组织反射的荧光再通过所述内窥镜组件接收到，并将该荧光信号处理成电信号发送给所述成像控制组件形成实时图像。微创手术操作时即可根据实时图像判断病变组织位置，辅助医生操作。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及内窥镜多光谱照明装置，以及内窥镜多光谱照明方法。
背景技术
微创内窥镜手术已经广泛应用于临床的检查、诊断、治疗整个过程。传动的内窥镜手术只是起到医生的眼睛，并不能帮助或辅助医生对组织病变的识别、标记、判断等。近几年的内窥镜设备的发展有逐渐增加其显示的清晰度、更加细微的显示组织等，更有利于医生精细化的手术操作等，还有内窥镜设备与药剂的结合进行荧光的成像，用于在内窥镜设备近红外荧光成像，能对某些病变组织进行标记识别等。
采用多光源切换的方式虽然能增加照明装置的适用场景，但是依然不能全部显示病变组织的全貌，要医生想看荧光所在的全部区域还要切换到普通白光影像模式，而白光影像模式则不能够体现药剂的荧光标记作用。
基于此，设计一种显示效果更好的内窥镜多光谱照明装置是必要的。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了内窥镜多光谱照明装置，具体技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供了内窥镜多光谱照明装置，包括：
光源组件，所述光源组件在不同光源模式下输出单路或组合光信号；
内窥镜组件，所述内窥镜组件将输入的光信号照射于物体，并接收反射的荧光信号；
成像控制组件，所述成像控制组件将荧光信号转换成图像信号并显示，以及调控所述光源组件的光路模式；
其中，所述光源组件和内窥镜组件与成像控制组件电信号连接，所述光源组件与内窥镜组件光信号连接。
本申请的技术方案对现有的多个内窥镜成像方式进行了整合，在不同微创手术时，调整所述光源组件通过对应的光源模式输出光信号，光信号输入所述内窥镜组件后，照射在组织病变位置，由于荧光存在区别，病变组织反射的荧光再通过所述内窥镜组件接收到，并将该荧光信号处理成电信号发送给所述成像控制组件形成实时图像。微创手术操作时即可根据实时图像判断病变组织位置，辅助医生操作。
作为上述技术方案的改进，所述多路光源模式至少包括：
所述光源模式至少包括：
白光图像模式、红光荧光模式、近红外荧光模式和自体荧光模式中的任意一种；以及
白光图像模式与红光荧光模式、近红外荧光模式、自体荧光模式中任意一种的组合。
每种模式或者组合模式都能对应不同微创手术情况
白光图像模式：发出白色光源进行照明；
红光荧光模式：物体组织事先已经注射亚甲蓝药剂，特定波长的红光照射在亚甲蓝上后，亚甲蓝的电子吸收红光光子能量后，上升到更高阶不稳定态，当高阶能量的电子返回稳定态时，会释放能量，释放能量的方式会发射出一个较长波长的光子，从而被接收。
近红外荧光模式：物体组织上事先已经注射吲哚箐绿药剂，吲哚箐绿受到该波长的光照后携带的电子吸收该波长的光子的能量，上升到更高阶能量不稳态，当高阶能量的电子返回稳定态时，会释放能量，释放能量的方式会发射出一个较长波长的光子，从而被接收。
自体荧光模式：当组织发生病变或变异时，其组织内含有的卟啉物质就会成倍的增加，尤其卟啉物质对癌细胞又有着特殊的亲和能力与滞留作用，使得癌变的组织内含有更多的卟啉物质，当病变的组织内卟啉物质受到特定波长的激发光照射时，卟啉物质的电子在吸收特定波长的光子能量后，其内部的电子上升到更高阶能量不稳态，当高阶能量的电子返回稳定态时，会释放能量，释放能量的方式会发射出一个较长波长的光子，从而被接收。
作为上述技术方案的改进，所述光源组件包括：
光源发出模块，所述光源发出模块具有多个，且对应不同的光源模；
光路切换模块，所述光路切换模块用于切换不同的光源发出模块，实现输出的光信号的切换；以及
光路通道，所述光路通道将光源发出模块输出的光信号输入内窥镜组件内。
所述光源发生模块可以根据需要发出不同的波长的光，用于识别病变组织，而所述光路切换模块则是在不同模式下，将所述光源发生模块发出的光信号导入光路通道中，之后进入所述内窥镜组件内，使得光源照射在组织上。
优选地，所述光路通道为光纤，光信号在光纤中传输。
作为上述技术方案的改进，所述光源发出模块和光路切换模块的信号输入端均与成像控制组件的信号输出端连接。
所述光源发出模块和光路切换模块均根据设置，所述成像控制组件能够根据成像情况进行选取，以便满足不同的使用场景。
作为上述技术方案的改进，所述内窥镜组件包括：
内窥镜本体；
光学透镜组件，所述光学透镜组件用于对反射的荧光信号放大、聚焦；以及
图像传感组件，所述图像传感组件用于将聚焦的光信号转换为电信号，并将电信号发送给成像控制组件。
所述光学透镜组件对图像进行放大、聚焦处理，通过增大光斑再聚焦，将焦点聚集在所述图像传感组件上，而所述图像传感组件可将感受到的光信号转换为电信号，再输送给所述成像控制组件，所述成像控制组件即可将电信号处理成视屏格式，以便操作者直接观察组织情况。
作为上述技术方案的改进，所述光学透镜组件和图像传感组件之间的光路上还具有光学滤波组件，所述光学滤波组件过滤杂波。
所述光学透镜组件将光斑放大后通过光学滤波组件对杂波或特殊波长的光进行过滤，减少干扰光波，提高视屏的清晰度。
作为上述技术方案的改进，所述图像传感组件包括：
图像传感器，所述图像传感器安装在图像传感电路板上，所述图像传感电路板的信号输出端与成像控制组件的信号输入端连接。
所述图像传感器是焊接在图像传感电路板上，用于实现光信号到电信号的转换，之后所述图像传感电路板通过接线的方式将电信号传输至成像控制组件中，实现光信号到视屏信号的转换。
作为上述技术方案的改进，所述成像控制组件包括：
调控模块，所述调控模块用于调控光源模式；
图像处理模块，所述图像处理模块将接收的荧光信号输出为视频信号；以及
显示模块，所述显示模块的信号输入端与图像处理模块的信号输出端。
所述调控模块用于根据手术需求或放射设定工作参数，使得光源组件发出需要的光信号进入内窥镜组件，实现对特定组织的识别、标记。而所述图像处理模块则用于接收处理最后得到的反馈信号，并将处理为视频信号，再通过所述显示模块显示出来。所述显示模块可以是显示屏。也可以是将所述图像处理模块、图像处理模块和显示模块集成于一体的触控屏终端。
根据本发明的另一个方面，还提供了内窥镜多光谱照明方法，包括以下步骤：
步骤S100，调节光源：通过所述调控模块控制对应的光源发出模块发出激发光，并由所述光路切换模块完成光路通道的切换，使得激发光通过内窥镜本体照射在物体组织上；
步骤S200，荧光处理：物体组织反射光通过所述光学透镜组件聚焦在图像传感组件上，所述图像传感组件上的图像传感器将感受光信号，并通过所述图像传感电路板将光信号转换为电信号输出；
步骤S300，成像显示：所述图像处理模块将输入的电信号转换为视屏信号，最终由所述显示模块显示出来。
作为上述技术方案的改进，在步骤S100中，所述激发光对应的光源模式为：
白光图像模式、红光荧光模式、近红外荧光模式和自体荧光模式中的任意一种；以及
白光图像模式与红光荧光模式、近红外荧光模式、自体荧光模式中任意一种的组合。
本发明的有益效果：
1、在本发明中，对现有的多个内窥镜成像方式进行了整合，在不同微创手术时，调整所述光源组件通过对应的光源模式输出光信号，光信号输入所述内窥镜组件后，照射在组织病变位置，由于荧光存在区别，病变组织反射的荧光再通过所述内窥镜组件接收到，并将该荧光信号处理成电信号发送给所述成像控制组件形成实时图像。微创手术操作时即可根据实时图像判断病变组织位置，辅助医生操作。
2、在本发明中，通过将荧光所在的全部区域切换到普通白光影像模式，更进步的红光荧光与白光影像进行融合后再显示到显示屏上，此时医生所看到的就是荧光图像与白光图像同时显示物体组织，任意两种荧光显示模式都能结合实现组织画面更细节的显示。
附图说明
图1为内窥镜多光谱照明装置的整体关系图；
图2为内窥镜多光谱照明装置的内部连接关系图；
图3为内窥镜多光谱照明装置中内窥镜组件的结构图。
附图标记：100、光源组件；110、光源发出模块；120、光路切换模块；130、光路通道；200、内窥镜组件；210、内窥镜本体；220、光学透镜组件；230、图像传感组件；231、图像传感器；232、图像传感电路板；240、光学滤波组件；300、成像控制组件；310、调控模块；320、图像处理模块；330、显示模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-图3，其中，图1为内窥镜多光谱照明装置的整体关系图；图2为内窥镜多光谱照明装置的内部连接关系图；图3为内窥镜多光谱照明装置中内窥镜组件的结构图。
内窥镜多光谱照明装置，包括：
光源组件100，光源组件100在不同光源模式下输出单路或组合光信号；
内窥镜组件200，内窥镜组件200将输入的光信号照射于物体，并接收反射的荧光信号；
成像控制组件300，成像控制组件300将荧光信号转换成图像信号并显示，以及调控光源组件100的光路模式；
其中，光源组件100和内窥镜组件200与成像控制组件300电信号连接，光源组件100与内窥镜组件200光信号连接。
本申请的技术方案对现有的多个内窥镜成像方式进行了整合，在不同微创手术时，调整所述光源组件100通过对应的光源模式输出光信号，光信号输入所述内窥镜组件200后，照射在组织病变位置，由于荧光存在区别，病变组织反射的荧光再通过所述内窥镜组件200接收到，并将该荧光信号处理成电信号发送给所述成像控制组件300形成实时图像。微创手术操作时即可根据实时图像判断病变组织位置，辅助医生操作。
在一个实施方式中，光源模式为白光图像模式。
在此模式下，医生或使用者切换光源为白光图像模式。
成像控制组件300内的调控模块310控制对应的光源发出模块110a发出白光(即半导体光源打开，其它光源关闭)，并由光路切换模块120完成光路通道130的切换，此时白光通过光路通道130、内窥镜组件200上的内窥镜本体210照射在物体组织上，物体组织反射光通过内窥镜组件200上的光学透镜组件220聚焦在图像传感组件230上，图像传感组件230上的图像传感器231将感受光信号，并通过图像传感电路板232将光信号转换为电信号输出，成像控制组件300上的图像处理模块320完成电信号到视屏信号的转换，最终由显示模块330显示出来。
在一个实施方式中，光源模式为红光荧光模式。
在此模式下，医生或使用者切换光源为红光荧光模式。
调控模块310控制对应的光源发出模块110b发出波长为650nm的红光，红光通过光路通道130、内窥镜本体210照射在物体组织上。物体组织上事先已经注射亚甲蓝药剂，亚甲蓝受到红光照射后，本身携带的电子在吸收到650nm波长红光光子的能量后，上升到更高阶能量不稳态，当高阶能量的电子返回稳定态时，会释放能量，释放能量的方式会发射出一个较长波长的光子，此较长波长的光子波长约是700nm波长的红光，此700nm波长的红光再通过光学透镜组件220、光学滤波组件240后聚焦在图像传感器231上，图像传感器231将感受光信号，并通过图像传感电路板232将光信号转换为电信号输出，图像处理模块320完成电信号到视屏信号的转换，最终由显示模块330显示出来。
其中，650nm的红光也同样被物体组织反射，此时光学滤波组件240会滤除掉650nm波长的光，使650nm的激发红光不能聚焦在图像传感器231上，因此，图像传感器231只能感受到700nm波长的荧光，由此荧光进行成像，经过图像处理模块320处理后输出给显示模块330进行显示，此时医生看到的就是亚甲蓝通过组织后发出的荧光图像。此荧光图像是红色显示的荧光图像，但此红色荧光图像只是显示荧光发光区域，也正是医生需要关注或关心的区域，可以满足医生对荧光标记标识的需要，医生想看荧光所在的全部区域还要切换到普通白光影像模式，更进步的红光荧光与白光影像进行融合后再显示到显示屏上，此时医生所看到的就是荧光图像与白光图像同时显示物体组织。
此方法的实现的过程是：图像传感器231每秒钟采样60帧画面，可以分奇数场画面与偶数场画面，各30场画面，奇数场画面可以是在白光图像模式，或红光荧光模式，偶数场画面也可以内窥镜摄像系统工作在白光图像模式，或红光荧光模式，奇数场画面与偶数场画面不能同时工作在一个模式下。当奇数场画面工作在红光荧光模式时，打开光源发出模块110b发出红光照明，此时得到是一幅红光荧光画面，当偶数场画面工作白光图像模式时，打开光源发出模块110a发出白光照明，此时得到的是一幅白光图像画面，把奇数场红光荧光画面与偶数场白光画面进行融合，便得到一幅白光画面内又有红光荧光显示的图像。
在一个实施方式中，光源模式为近红外荧光模式。
在此模式下，医生或使用者切换光源为近红外荧光模式。
调控模块310控制对应的光源发出模块110c发出波长为808nm的激发光，激发光通过光路通道130、内窥镜本体210照射在物体组织上。物体组织上事先已经注射吲哚箐绿药剂，吲哚箐绿受到红光照射后，本身携带的电子在吸收到808nm波长光子的能量后，上升到更高阶能量不稳态，当高阶能量的电子返回稳定态时，会释放能量，释放能量的方式会发射出一个较长波长的光子，此较长波长的光子波长约是740nm波长的荧光，此740nm波长的荧光再通过光学透镜组件220、光学滤波组件240后聚焦在图像传感器231上，图像传感器231将感受光信号，并通过图像传感电路板232将光信号转换为电信号输出，图像处理模块320完成电信号到视屏信号的转换，最终由显示模块330显示出来。
其中，808nm波长的激发光也同样被物体组织反射，此时光学滤波组件240会滤除掉808nm波长的激发光，使650nm的激发红光不能聚焦在图像传感器231上，因此，图像传感器231只能感受到740nm波长的荧光，由此荧光进行成像，经过图像处理模块320处理后输出给显示模块330进行显示，此时医生看到的就是吲哚箐绿通过组织后发出的荧光图像。
此荧光显示图像也正是医生需要标识，或关心的需要显示区域，为更进步的提升医生所看到的图像即有红外荧光图像又有白光图像，其实现过程如下：
图像传感器231每秒钟采样60帧画面，可以分奇数场画面与偶数场画面，各30场画面，奇数场画面可以是在白光图像模式，或近红外荧光模式，偶数场画面也可以内窥镜摄像系统工作在白光图像模式，或近红外荧光模式，奇数场画面与偶数场画面不能同时工作在一个模式下。当奇数场画面工作在近红外荧光模式时，打开光源发出模块110b发出808nm波长的激发光进行照明，此时得到是一幅近红外荧光画面，当偶数场画面工作白光图像模式时，打开光源发出模块110a发出白色光源进行照明，此时得到的是一幅白光图像画面，把奇数场近红外荧光画面与偶数场白光画面进行融合，便得到一幅白光画面内又有近红外荧光显示的图像。
在一个实施方式中，光源模式为自体荧光模式。
在此模式下，医生或使用者切换光源为自体荧光模式。
调控模块310控制对应的光源发出模块110d发出波长为630nm的激发光，激发光通过光路通道130、内窥镜本体210照射在物体组织上。因组织内都含有一种卟啉物质，当组织发生病变或变异时，其组织内含有的卟啉物质就会成倍的增加，尤其卟啉物质对癌细胞又有着特殊的亲和能力与滞留作用，使得癌变的组织内含有更多的卟啉物质，当病变的组织内卟啉物质受到630nm波长的激发光照射时，卟啉物质的在吸收到630nm波长光子能量后，其内部的电子上升到更高阶能量不稳态，当高阶能量的电子返回稳定态时，会释放能量，释放能量的方式会发射出一个较长波长的光子，此较长波长的光子波长约是660nm波长的荧光，此660nm波长的荧光光再通过光学透镜组件220、光学滤波组件240后聚焦在图像传感器231上，图像传感器231将感受光信号，并通过图像传感电路板232将光信号转换为电信号输出，图像处理模块320完成电信号到视屏信号的转换，最终由显示模块330显示出来。
于此同时，630nm的激发光也同样被物体组织反射，光学滤波组件240滤除掉630nm波长的激发光，使630nm的激发激发光不能到达图像传感器231。
此时，图像传感器231上能感受到的光也只有660nm的荧光，并对此荧光进行成像，经过图像处理模块320处理后输出给显示屏进行显示，此时医生看到的就是卟啉物质通过组织后发出的荧光图像。
此荧光显示图像也正是医生需要标识，或关心的需要显示区域，为更进步的提升医生所看到的图像即有自体荧光图像又有白光图像，其实现过程如下：
图像传感器231每秒钟采样60帧画面，可以分奇数场画面与偶数场画面，各30场画面，奇数场画面可以是内窥镜摄像系统工作在白光图像模式，或近自体荧光模式，偶数场画面也可以内窥镜摄像系统工作在白光图像模式，或近自体荧光模式，奇数场画面与偶数场画面不能同时工作在一个模式下。当奇数场画面工作在自体荧光模式时，打开光源发出模块110d发出630nm波长的激发光进行照明，此时得到是一幅自体荧光画面，当偶数场画面工作白光图像模式时，打开光源发出模块110a发出白色光源进行照明，此时得到的是一幅白光图像画面，把奇数场近红外荧光画面与偶数场白光画面进行融合，便得到一幅白光画面内又有近红外荧光显示的图像。
在一个实施方式中，光源模式为自体荧光模式还可以采用如下模式。
同时打开光源发出模块110a和光源发出模块110d，其中，光源发出模块110a发出微弱白光。
微弱白光的照明亮度大小受到调控模块310控制，控制方法为：
图像处理模块320读取图像传感器231上的蓝色感光通道亮度值，与读取到的红色感光通道的亮度值进行比较，使其图像传感器231上的蓝色感光通道的亮度值略低于红色感光通道的亮度值，作为控制光源发出模块110a发出的白光亮度照明的控制大小；或读取图像传感器231上的绿色感光通道的亮度值与红色感光通道的亮度值，进行比较使绿色感光通道的亮度值略低于红色感光通道的亮度值，做为控制光源发出模块110a发出的白光亮度照明的控制大小。
当光源发出模块110a和光源发出模块110d都同时打开时，白光照明光与630nm的激发光都通过光路通道130、内窥镜本体210照射到物体组织上，因人体不同组织内含的卟啉物质不同，就会看到显示模块330上显示的图像内不同组织内含的卟啉物质发出的荧光亮度不一样，组织内含的卟啉物质更多的就会出现更红色更亮的显示，组织内含卟啉物质更少的显示组织本身的颜色。
根据该方法同样能够实现近红外光模式与红光荧光模式的控制。
任意两种荧光显示模式都能结合实现组织画面更细节的显示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.内窥镜多光谱照明装置，其特征在于，包括：
光源组件(100)，所述光源组件(100)在不同光源模式下输出单路或组合光信号；
内窥镜组件(200)，所述内窥镜组件(200)将输入的光信号照射于物体，并接收反射的荧光信号；
成像控制组件(300)，所述成像控制组件(300)将荧光信号转换成图像信号，并显示，以及调控所述光源组件(100)的光路模式；
其中，所述光源组件(100)和内窥镜组件(200)与成像控制组件(300)电信号连接，所述光源组件(100)与内窥镜组件(200)光信号连接。
2.根据权利要求1所述的内窥镜多光谱照明装置，其特征在于：
所述光源模式至少包括：
白光图像模式、红光荧光模式、近红外荧光模式和自体荧光模式中的任意一种；以及
白光图像模式与红光荧光模式、近红外荧光模式、自体荧光模式中任意一种的组合。
3.根据权利要求1所述的内窥镜多光谱照明装置，其特征在于：
所述光源组件(100)包括：
光源发出模块(110)，所述光源发出模块(110)具有多个，且对应不同的光源模；
光路切换模块(120)，所述光路切换模块(120)用于切换不同的光源发出模块(110)，实现输出的光信号的切换；以及
光路通道(130)，所述光路通道(130)将光源发出模块(110)输出的光信号输入内窥镜组件(200)内。
4.根据权利要求3所述的内窥镜多光谱照明装置，其特征在于：
所述光源发出模块(110)和光路切换模块(120)的信号输入端均与成像控制组件(300)的信号输出端连接。
5.根据权利要求1或3所述的内窥镜多光谱照明装置，其特征在于：
所述内窥镜组件(200)包括：
内窥镜本体(210)；
光学透镜组件(220)，所述光学透镜组件(220)用于对反射的荧光信号放大、聚焦；以及
图像传感组件(230)，所述图像传感组件(230)用于将聚焦的光信号转换为电信号，并将电信号发送给成像控制组件(300)。
6.根据权利要求5所述的内窥镜多光谱照明装置，其特征在于：
所述光学透镜组件(220)和图像传感组件(230)之间的光路上还具有光学滤波组件(240)，所述光学滤波组件(240)过滤杂波。
7.根据权利要求6所述的内窥镜多光谱照明装置，其特征在于：
所述图像传感组件(230)包括：
图像传感器(231)，所述图像传感器(231)安装在图像传感电路板(232)上，所述图像传感电路板(232)的信号输出端与成像控制组件(300)的信号输入端连接。
8.根据权利要求7所述的内窥镜多光谱照明装置，其特征在于：
所述成像控制组件(300)包括：
调控模块(310)，所述调控模块(310)用于调控光源模式；
图像处理模块(320)，所述图像处理模块(320)将接收的荧光信号输出为视频信号；以及
显示模块(330)，所述显示模块(330)的信号输入端与图像处理模块(320)的信号输出端。
9.内窥镜多光谱照明方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100，调节光源：通过所述调控模块(310)控制对应的光源发出模块(110)发出激发光，并由所述光路切换模块(120)完成光路通道(130)的切换，使得激发光通过内窥镜本体(210)照射在物体组织上；
步骤S200，荧光处理：物体组织反射光通过所述光学透镜组件(220)聚焦在图像传感组件(230)上，所述图像传感组件(230)上的图像传感器(231)将感受光信号，并通过所述图像传感电路板(232)将光信号转换为电信号输出；
步骤S300，成像显示：所述图像处理模块(320)将输入的电信号转换为视屏信号，最终由所述显示模块(330)显示出来。
10.根据权利要求9所述的内窥镜多光谱照明方法，其特征在于：
在步骤S100中，所述激发光对应的光源模式为：
白光图像模式、红光荧光模式、近红外荧光模式和自体荧光模式中的任意一种；以及
白光图像模式与红光荧光模式、近红外荧光模式、自体荧光模式中任意一种的组合。
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|---|---|---|---|
| CN202310818534.4A CN116831507A (zh) | 2023-07-05 | 2023-07-05 | 内窥镜多光谱照明装置 |
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| CN116831507A true CN116831507A (zh) | 2023-10-03 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2023
- 2023-07-05 CN CN202310818534.4A patent/CN116831507A/zh active Pending
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