CN219000219U - 内镜用插入部和医用内窥镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种内镜用插入部和医用内窥镜，其能够在对目标实现三维成像的同时，有效地减小插入部尺寸，降低成本。该内镜用插入部用于配合成像部进行三维内窥成像。该内镜用插入部包括插入部主体和一对自聚焦光纤。两个该自聚焦光纤被相对固定地排布于该插入部主体，其中该自聚焦光纤自该插入部主体的远端延伸至该插入部主体的近端，并且该自聚焦光纤的近端用于耦接该成像部，以将两束物光传递给该成像部而获得三维立体图像。

Description

内镜用插入部和医用内窥镜

技术领域

本实用新型涉及内窥镜技术领域，特别是涉及一种内镜用插入部和医用内窥镜。

背景技术

近年来，癌症已经成为导致人类死亡的最主要因素，而越早发现肿瘤细胞，对于癌症的治愈就越有效。当前探查肿瘤的主要方式是通过腹腔镜、胸腔镜等内窥镜影像对可疑区域进行探查，并结合体外活检进行确认。由于传统的电子内窥镜通常只能获得病灶区域的二维平面影像，缺乏整个肿瘤区域的三维纵深信息，大大降低了医生在取样活检时的准度和精度，容易造成漏检甚至误检的状况，因此急需一种能够三维显示的电子内窥镜，以便直接获得患者体内的真实3D信息。

目前，市场上主流的三维内窥镜通常是基于双目立体视觉原理实现的，其利用两个完全相同的摄像系统从不同角度拍摄被测物体的图像，进而通过计算图像中对应点之间的位置视差获取被测物体的三维信息，但这对成像系统的准确性和CCS的精度都有很高的要求。与此同时，由于成像时需要两套完全相同的光学系统，导致内窥镜的尺寸和成本都是普通内镜的两倍以上，对患者来讲并不友好，因此人们开始考虑使用光纤来代替传统透镜对目标进行成像，以便减小插入部尺寸，降低成本。

此外，传统的光纤内窥镜通常是通过传像光纤束对目标进行成像，而考虑到普通的多模光纤因存在严重的模式色散效应而无法直接用于内镜成像，故其中的光纤束则是由数万根单模或少模的光纤构成，且每根光纤都能够独立传递光强，进而将每根光纤看作独立的像素点，采集每个点的强度信息而重构出目标的二维图像。然而，一方面由于光纤束中每根光纤之间存在间隙，因此在图像采样上会存在不可避免的欠采样现象，进而在图像上表现为蜂窝状的噪声，极大地影响图像的观察效果；另一方面，由于光纤束的直径完全由所需要的成像像素决定，因此为了保证成像效果，其直径通常不会小于1mm，造成内窥镜的插入部尺寸仍然较大。

实用新型内容

本实用新型的一个优势在于提供一种内镜用插入部和医用内窥镜，其能够在对目标实现三维成像的同时，有效地减小插入部尺寸，降低成本。

本实用新型的另一个优势在于提供一种内镜用插入部和医用内窥镜，其中，在本实用新型的一个实施例中，所述内镜用插入部能够利用自聚焦光纤各自独立成像的特点，通过两根极细的自聚焦光纤实现三维成像，简化结构，减小插入部尺寸。

本实用新型的另一个优势在于提供一种内镜用插入部和医用内窥镜，其中，在本实用新型的一个实施例中，所述内镜用插入部能够使用固定在插入部的两根自聚焦光纤对具有视差的两束光进行传输，既能保证两束光互不干扰，又能够保证两者视差恒定以及两张图像成像的一致性。

本实用新型的另一个优势在于提供一种内镜用插入部和医用内窥镜，其中，在本实用新型的一个实施例中，所述内镜用插入部能够采用由PMMA塑料制成的自聚焦光纤在降低成本的同时，保证插入部的自由弯曲，便于进入各种狭小腔道。

本实用新型的另一个优势在于提供一种内镜用插入部和医用内窥镜，其中，在本实用新型的一个实施例中，所述内镜用插入部能够通过对自聚焦光纤的折射率分布设计，使得无论传播光线的入射角是多少，光线或光线的延长线均能够完全会聚到同一个点上，从而有效地降低成像的各种像差。

本实用新型的另一个优势在于提供一种内镜用插入部和医用内窥镜，其中为了达到上述目的，在本实用新型中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本实用新型成功和有效地提供一解决方案，不只提供一种简单的内镜用插入部和医用内窥镜，同时还增加了所述内镜用插入部和医用内窥镜的实用性和可靠性。

为了实现本实用新型的上述至少一优势或其他优点和目的，本实用新型提供了一种内镜用插入部，用于配合成像部进行三维内窥成像，所述内镜用插入部包括：

插入部主体；和

一对自聚焦光纤，两个所述自聚焦光纤被相对固定地排布于所述插入部主体，其中所述自聚焦光纤自所述插入部主体的远端延伸至所述插入部主体的近端，并且所述自聚焦光纤的近端用于耦接该成像部，以将两束物光传递给该成像部而获得三维立体图像。

根据本申请的一个实施例，两个所述自聚焦光纤被间隔地固定在所述插入部主体中。

根据本申请的一个实施例，所述自聚焦光纤为折射率沿径向按抛物线变化的多模光纤，并且每个所述自聚焦光纤的整体长度等于所述自聚焦光纤的节距长度的整数倍。

根据本申请的一个实施例，所述自聚焦光纤的纤芯折射率满足以下关系式：

式中：N(r)为所述自聚焦光纤的纤芯在半径为r处的折射率；r为距纤芯中心的距离；N₀为所述自聚焦光纤的纤芯中心折射率；A为所述自聚焦光纤的梯度常数。

根据本申请的一个实施例，所述自聚焦光纤由PMMA塑料制成。

根据本申请的一个实施例，两个所述自聚焦光纤的近端间距大于两个所述自聚焦光纤的远端间距。

根据本申请的一个实施例，所述内镜用插入部进一步包括可拆卸接口，所述可拆卸接口被安装于所述自聚焦光纤的近端，用于可拆卸地耦合于该成像部。

根据本申请的一个实施例，所述内镜用插入部进一步包括照明光纤束，所述照明光纤束贯穿所述插入部主体，用于将照明光传导至所述插入部主体的远端以提供照明。

根据本申请的一个实施例，所述照明光纤束包括多个照明光纤，多个所述照明光纤在所述插入部主体的远端环绕着所述自聚焦光纤排布。

根据本申请的一个实施例，多个所述照明光纤的远端部均匀地排布于所述插入部主体的远端面周缘。

根据本申请的一个实施例，多个所述照明光纤的近端部同向倾斜地延伸以偏离所述自聚焦光纤。

根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一种医用内窥镜，包括：

上述任一所述的内镜用插入部；和

成像部，所述成像部连接于所述内镜用插入部的近端。

根据本申请的一个实施例，所述成像部包括感光芯片和位于所述感光芯片和所述内镜用插入部的自聚焦光纤之间光纤中的成像透镜组，其中所述感光芯片为CCD芯片；所述成像透镜组为显微放大物镜。

附图说明

图1为根据本实用新型的一个实施例的医用内窥镜的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型的上述实施例的医用内窥镜中内镜用插入部的远端面放大示意图；

图3示出了根据本实用新型的上述实施例的内镜用插入部中自聚焦光纤的光路示意图；

图4示出了根据本实用新型的上述实施例的自聚焦光纤的折射率分布示意图；

图5示出了根据本实用新型的上述实施例的医用内窥镜的成像原理示意图。

主要元件符号说明：1、医用内窥镜；10、内镜用插入部；11、插入部主体；12、自聚焦光纤；121、纤芯；122、包层；13、可拆卸接口；14、照明光纤束；140、照明光纤；141、远端部；142、近端部；20、成像部；21、感光芯片；210、CCD芯片；22、成像透镜组；220、显微放大物镜。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”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“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

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

考虑到现有的三维内窥镜不仅对成像系统的准确性和CCS的精度都有很高的要求，而且成像时需要两套完全相同的光学系统，导致内窥镜的尺寸和成本都是普通内镜的两倍以上，对患者来讲并不友好。而传统的光纤内窥镜又只能将每根光纤看做独立的像素点，采集每个点的强度信息以重构出目标的二维图像，并不能进行三维成像。因此，本申请提供了一种内镜用插入部和医用内窥镜，其能够在对目标实现三维成像的同时，有效地减小插入部尺寸，降低成本。

具体地，参考附图1至图5所示，本实用新型的一个实施例提供了一种医用内窥镜1，可以包括内镜用插入部10和成像部20，该成像部20连接于该内镜用插入部10的近端，以通过该内镜用插入部10将物光传输至该成像部20而进行三维内窥成像。可以理解的是，本申请所提及的物光可以指的是经由目标物体反射的光线，也可以是目标物体自身发出的光线。

更具体地，如图1和图2所示，该内镜用插入部10可以包括插入部主体11和被相对固定地排布于该插入部主体11的一对自聚焦光纤12。该自聚焦光纤12自该插入部主体11的远端延伸至该插入部主体11的近端，并且该自聚焦光纤12的近端用于耦接该成像部20，以将两束物光传递给该成像部20而获得三维立体图像。

值得注意的是，由于本申请的内镜用插入部10中两根自聚焦光纤12被相对固定地排布于该插入部主体11，即两根自聚焦光纤12是以固定空间位置的方式被排布在该插入部主体11中的，因此该内镜用插入部10能够在体内获得具有固定视差的两束物光，并将两束物光传输至体外而被该成像部20接收以获得具有固定视差的两幅图像，进而通过视差融合算法将两幅图像融合成一副三维立体图像。换言之，本申请的该内镜用插入部10使用相对固定在该插入部主体11中的两根自聚焦光纤12对具有视差的两束物光进行传输，不仅能够保证两束物光互不干扰，而且还能够保证两者视差恒定，以获得一致性较高的两幅图像，进而获得高质量的三维立体图像。可以理解的是，本申请所提及的相对固定可以指的是一根自聚焦光纤的两端部相对于另一根自聚焦光纤的两端部在空间位置方面是固定不变，此时两根自聚焦光纤的中间部分可以是相对固定的，也可以是相对活动的；当然，两根自聚焦光纤相对于该插入部主体11可以是固定不动的，也可以是活动的，本申请对此不再赘述。

可选地，如图1和图2所示，两个该自聚焦光纤12被间隔地固定在该插入部主体11中，以便增强两个该自聚焦光纤12之间空间位置关系的稳固性，也便于增大视差，提高三维成像效果。

可选地，如图3至图5所示，该自聚焦光纤12可以被实施为折射率沿径向按抛物线变化的多模光纤，并且每个该自聚焦光纤12的整体长度L等于该自聚焦光纤12的节距长度P的整数倍，使得无论物光的入射角是多少，物光或物光的延长线都能够完全会聚到同一个点，从而形成自聚焦的效果，能够有效地避免传统的多模光纤因模式色散而无法实现成像的弊端，有助于提高内窥成像效果。

值得注意的是，如图3和图4所示，该自聚焦光纤12可以包括纤芯121和环绕着该纤芯121的包层122，该纤芯121的折射率从纤芯中心处向外边缘逐渐减小至该包层122的折射率，且该包层122的折射率(即包层折射率为N)恒定不变。

可选地，该自聚焦光纤12的纤芯折射率满足以下关系式(1)：

式中：N(r)为该自聚焦光纤12的纤芯在半径为r处的折射率；r为距纤芯中心的距离；N₀为该自聚焦光纤12的纤芯中心折射率；A为该自聚焦光纤12的梯度常数。

值得注意的是，梯度常数A代表了抛物线折射率分布的倾斜度，由于该自聚焦光纤12的折射率呈抛物线分布，因此光线在该自聚焦光纤12中的传播路径呈正弦波形式，并且具有一定的周期性，通常将光线传输一个周期的距离称为该自聚焦光纤12的一个节距，其节距长度P与梯度常数A有关，满足以下关系式(2)：

式中：P为该自聚焦光纤12的节距长度；A为该自聚焦光纤12的梯度常数；π为圆周率。

可选地，该自聚焦光纤12可以由PMMA塑料制成。这样，相比于传统的玻璃光纤，本申请的该自聚焦光纤12不仅价格低廉，而且更加柔软，可弯曲性较高，更容易进入人体的各种狭小腔道。可以理解的是，本申请所提及的PMMA塑料指的是聚甲基丙烯酸甲酯(英文：Polymethyl methacrylate)，俗称有机玻璃。

可选地，该自聚焦光纤12的直径可以小于100μm。这样，相对于传统的双目内窥镜通过透镜组将物光从插入部远端传到插入部近端的方式，本申请的该内镜用插入部10的头部直径能够大幅地降低。

值得注意的是，本申请的该内镜用插入部10所采用的塑料自聚焦光纤相比于玻璃光纤价格更加低廉，非常适合作为一次性内窥镜的插入部使用，能够大幅地降低整个内窥镜的制作成本；与此同时，在实际使用时，可以将插入部作为一次性内镜使用，能够有效地避免镜头式软镜因交叉使用而带来的感染风险。

可选地，如图1所示，本申请的该内镜用插入部10可以进一步包括可拆卸接口13，该可拆卸接口13被安装于该自聚焦光纤12的近端，用于可拆卸地耦合于该成像部20，以将物光导入该成像部20。这样，针对不同患者进行内窥检测，仅需更换新的内镜用插入部10即可，而无需更换成像部20，不仅能够避免交叉感染，而且还能够进一步降低内镜的使用成本，这对患者来讲是极其友好的。

可选地，该可拆卸接口13可以但不限于被实施为诸如SMA接口或FC接口等通用类型的光纤接口，以便很容易地与体外成像端进行可靠地耦合，便于作为一次性内镜使用。

值得注意的是，由于患者体内是无光环境，需要借助外部光源才能够采集体内的图像信息，因此如图1和图2所示，本申请的该内镜用插入部10可以进一步包括照明光纤束14，该照明光纤束14贯穿该插入部主体11，用于将外部光源发出的照明光传导至该插入部主体11的远端，以便为内窥成像提供照明，使得该自聚焦光纤12能够将经由目标发射的光线传输至体外成像部20进行成像。可以理解的是，在本申请的其他示例中，该内镜用插入部10也可以不包括照明光纤束14，而是采用其他方式或其他辅助照明装置提供照明，本申请对此不再赘述。

可选地，如图2所示，该照明光纤束14可以包括多个照明光纤140，多个该照明光纤140在该插入部主体11的远端环绕着该自聚焦光纤12排布，以便提供较好的照明条件。

可选地，如图1和图2所示，多个该照明光纤140的远端部141均匀地排布在该插入部主体11的远端面周缘，使得待观察区域能够获得更加均匀且范围更广的光照。

可选地，如图1所示，多个该照明光纤140的近端部142同向倾斜地延伸以偏离该自聚焦光纤12而会聚在一起，便于与外部光源连接。

根据本申请的上述实施例，如图1和图5所示，本申请的该成像部20可以包括感光芯片21和位于该感光芯片21和该自聚焦光纤12之间光路中的成像透镜组22，使得经由该自聚焦光纤12传输的物光先被该成像透镜组22调制，再被该感光芯片21接收以生成两幅具有固定视差的图像，进而通过视差融合算法将两幅图像融合成一副三维立体图像。

可选地，如图1所示，该成像部20中该感光芯片21的数量为一个，该成像透镜组22的数量为两个，两个成像透镜组22一一对应于两个自聚焦光纤12，有助于进一步降低医用内窥镜1的制作成本。

可选地，如图5所示，该感光芯片21可以但不限于被实施为CCD芯片210；该成像透镜组22可以但不限于被实施为显微放大物镜220。

可选地，如图1所示，两个该自聚焦光纤12的近端间距大于两个该自聚焦光纤12的远端间距，以便在确保该内镜用插入部10的远端直径较小的同时，保证两个该自聚焦光纤12的近端能够与尺寸较大的两个成像透镜组22一一对准。

值得注意的是，本申请的该医用内窥镜1可以作为独立内镜使用，以经由鞘管或人体腔道(或手术瘘道)直接插入体内对目标组织进行三维成像；当然，本申请的该医用内窥镜1也可以作为辅助内镜使用，以经由常规内窥镜的工具通道进入体内，仍可以对体内目标组织进行三维成像，这是因为本申请的该医用内窥镜1的插入部是极细的，得以穿过常规内窥镜的工具通道。此外，在本申请的其他示例中，该内镜用插入部10的该插入部主体11可以开设有诸如灌注孔、工具孔或吸引孔等辅助通道，以便在实现三维内窥成像的同时，拓展该医用内窥镜1的使用功能。

以上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。

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

Claims (13)

1.内镜用插入部，用于配合成像部进行三维内窥成像，其特征在于，所述内镜用插入部包括：

插入部主体；和

一对自聚焦光纤，两个所述自聚焦光纤被相对固定地排布于所述插入部主体，其中所述自聚焦光纤自所述插入部主体的远端延伸至所述插入部主体的近端，并且所述自聚焦光纤的近端用于耦接该成像部，以将两束物光传递给该成像部而获得三维立体图像。

2.根据权利要求1所述的内镜用插入部，其特征在于，两个所述自聚焦光纤被间隔地固定在所述插入部主体中。

3.根据权利要求1所述的内镜用插入部，其特征在于，所述自聚焦光纤为折射率沿径向按抛物线变化的多模光纤，并且每个所述自聚焦光纤的整体长度等于所述自聚焦光纤的节距长度的整数倍。

4.根据权利要求3所述的内镜用插入部，其特征在于，所述自聚焦光纤的纤芯折射率满足以下关系式：

式中：N(r)为所述自聚焦光纤的纤芯在半径为r处的折射率；r为距纤芯中心的距离；N₀为所述自聚焦光纤的纤芯中心折射率；A为所述自聚焦光纤的梯度常数。

5.根据权利要求1所述的内镜用插入部，其特征在于，所述自聚焦光纤由PMMA塑料制成。

6.根据权利要求1所述的内镜用插入部，其特征在于，两个所述自聚焦光纤的近端间距大于两个所述自聚焦光纤的远端间距。

7.根据权利要求1至6中任一所述的内镜用插入部，其特征在于，所述内镜用插入部进一步包括可拆卸接口，所述可拆卸接口被安装于所述自聚焦光纤的近端，用于可拆卸地耦合于该成像部。

8.根据权利要求1至6中任一所述的内镜用插入部，其特征在于，所述内镜用插入部进一步包括照明光纤束，所述照明光纤束贯穿所述插入部主体，用于将照明光传导至所述插入部主体的远端以提供照明。

9.根据权利要求8所述的内镜用插入部，其特征在于，所述照明光纤束包括多个照明光纤，多个所述照明光纤在所述插入部主体的远端环绕着所述自聚焦光纤排布。

10.根据权利要求9所述的内镜用插入部，其特征在于，多个所述照明光纤的远端部均匀地排布于所述插入部主体的远端面周缘。

11.根据权利要求10所述的内镜用插入部，其特征在于，多个所述照明光纤的近端部同向倾斜地延伸以偏离所述自聚焦光纤。

12.医用内窥镜，其特征在于，包括：

如权利要求1至11中任一所述的内镜用插入部；和

成像部，所述成像部连接于所述内镜用插入部的近端。

13.根据权利要求12所述的医用内窥镜，其特征在于，所述成像部包括感光芯片和位于所述感光芯片和所述内镜用插入部的自聚焦光纤之间光纤中的成像透镜组，其中所述感光芯片为CCD芯片；所述成像透镜组为显微放大物镜。

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