TWI571227B - 可攜式醫療影像擷取裝置 - Google Patents

Description

可攜式醫療影像擷取裝置

本發明是有關一種可攜式裝置，特別是一種可攜式醫療影像擷取裝置。

醫療影像擷取裝置經常需要檢視腔體內的患部，例如口腔或咽喉等，因此，適當的照明系統是必要的。然而，不均勻的照明可能在患部形成強烈的反射光斑，因而造成成像品質不佳，進而影響影像的判讀。因此，提供均勻的照明光對醫療影像擷取裝置而言為一基本要求。此外，生物組織之螢光檢測的應用層面越來越廣泛，例如眼底血管螢光造影(Fluorescence Angiography，FAG)、螢光劑檢測角膜缺損、塗抹或注射光顯影劑輔助腫瘤標定或檢測，例如腦瘤、淋巴瘤、口腔腫瘤等，甚至是近年來逐漸受到重視的自發性螢光(Auto-Fluorescence，AF)。由於螢光訊號極為微弱，因此如何避免照明光進入成像系統，以便讓微弱的螢光訊號得以呈現出來為一主要課題。

一種習知之照明系統是將照明光入射至光導元件進行多次內反射，並將光導元件之出光面粗糙化，以形成均勻的照明光。由於此照明光具有高度均勻性且無方向性，因此不易產生強烈反射的雜散光斑。然而，被照射的表面也會產生無方向性的散射，導致整體影像佈滿霧狀雜訊。此外，此照明系統的光 損耗較高，照明效率不佳，因此不利於高強度的照明，例如提供足夠強度的照明光以激發患部或螢光劑發出螢光。

綜上所述，如何提供高均勻性、較高強度且小型化之照明系統以適用於可攜式醫療影像擷取裝置便是目前極需努力的目標。

本發明提供一種可攜式醫療影像擷取裝置，其是設置多個環形對稱配置之發光單元以及相對應之反射元件，以使每一發光單元之照明區域至少部分重疊以形成高均勻性、較高強度且具有方向性之均勻照明區域，進而獲得較佳之成像品質。

本發明一實施例之可攜式醫療影像擷取裝置包含一影像感測模組、一成像鏡頭模組以及一環形照明模組。影像感測模組用以擷取來自一患部之一成像光以形成一影像。成像鏡頭模組設置於影像感測模組之一感光側，用以會聚成像光至影像感測模組。環形照明模組環繞成像鏡頭模組設置。環形照明模組包含多個發光單元、多個第一反射器以及多個第二反射器。多個發光單元呈環形對稱配置，用以產生一照明光照射患部。多個第一反射器以及多個第二反射器分別設置於多個發光單元之兩側，其中每一發光單元所產生之照明光至少一部分經第一反射器以及第二反射器至少其中之一反射至患部，且多個發光單元所形成之多個照明區域部分重疊，以形成一均勻照明區域照射患部，其中均勻照明區域之直徑範圍為30mm至80mm，且均勻照明區域之最弱照明點之光強度大於等於均勻照明區域之最強照明點之光強度之40%。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

1‧‧‧可攜式醫療影像擷取裝置

11‧‧‧影像感測模組

12‧‧‧成像鏡頭模組

121‧‧‧高通濾光片

122‧‧‧陷波濾光片

13‧‧‧環形照明模組

131‧‧‧發光單元

131a、131b‧‧‧發光二極體

132a‧‧‧第一反射器

132b‧‧‧第二反射器

133‧‧‧帶通濾光片

14‧‧‧焦距調整模組

15‧‧‧顯示模組

16‧‧‧儲存單元

17‧‧‧通訊介面

20‧‧‧患部

A‧‧‧驅動方向

CA‧‧‧中心軸

D‧‧‧深度

L1‧‧‧照明光

L1d、L1r、L1r’‧‧‧照明光

L2‧‧‧成像光

OA‧‧‧光軸

P‧‧‧區域

W‧‧‧出光口內徑

圖1為一示意圖，顯示本發明一實施例之可攜式醫療影像擷取裝置之外觀。

圖2為一示意圖，顯示本發明一實施例之可攜式醫療影像擷取裝置之組件。

圖3為一示意圖，顯示本發明一實施例之可攜式醫療影像擷取裝置之環形照明模組之反射器。

圖4為一示意圖，顯示本發明另一實施例之可攜式醫療影像擷取裝置之環形照明模組之反射器。

圖5為一示意圖，顯示本發明又一實施例之可攜式醫療影像擷取裝置之環形照明模組之反射器。

圖6為一示意圖，顯示本發明又一實施例之可攜式醫療影像擷取裝置之環形照明模組之發光單元。

圖7為一示意圖，顯示本發明一實施例之可攜式醫療影像擷取裝置之多個濾光片之穿透波長。

以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細說明之外，本發明亦可廣泛地施行於其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發明之範圍內，並以申請專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意 之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

請參照圖1以及圖2，本發明之一實施例之可攜式醫療影像擷取裝置1包含一影像感測模組11、一成像鏡頭模組12以及一環形照明模組13。影像感測模組11用以擷取來自一患部20之一成像光L2以形成一影像。舉例而言，影像感測模組11可為電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)、互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)感測器或底片。成像鏡頭模組12設置於影像感測模組11之一感光側。成像鏡頭模組12可會聚來自患部20之成像光至影像感測模組11以形成影像。環形照明模組13則是環繞成像鏡頭模組12設置，換言之，成像鏡頭模組12是設置於環形照明模組13之中空位置。

接續上述說明，環形照明模組13包含多個發光單元131、多個第一反射器以及多個第二反射器。第一反射器以及第二反射器可依據不同需求作不同的設計，容後說明。多個發光單元131是呈環形對稱配置，如圖1所示，用以產生一照明光L1照射患部20。被照明光L1照射之患部即可產生成像光L2，並經由成像鏡頭模組12會聚於影像感測模組11而形成影像。請參照圖3至圖5，於一實施例中，第一反射器132a以及第二反射器132b分別設置於發光單元131之兩側，發光單元131所產生之照明光至少一部分經第一反射器132a以及第二反射器132b至少其中之一反射至患部20。舉例而言，如圖3以及圖4所示，照明光L1d未照射到第一反射器132a以及第二反射器132b，因此未經第一反射器132a以及第二反射器132b反射而直接出光。而照明光L1r則是被第一反射器132a或第二反射器132b反射而向發光單元131的中心軸會聚，以提升照明光的利用率。於圖5所示之實施例中，大部分的照明光L1r依序經由第一反射器132a以及第二反射器132b反射至患部20。

需注意者，多個發光單元131所形成之多個照明區域至少部分重疊，以形成一均勻照明區域照射患部20，如圖2所示。所謂均勻照明區域是指均勻照明區域中之最弱照明點的光強度需大於等於均勻照明區域中之最強照明點的光強度之40%。可以理解的是，均勻照明區域之大小可能隨著操作需求或患部20至成像鏡頭模組12間之距離變化而有不同。於一實施例中，均勻照明區域之直徑範圍約為30mm至80mm。

請參照圖1至圖4，多個第一反射器132a以及相對應之多個第二反射器132b可連接成多個環形反射器，而每一環形反射器之一中心軸則設置一發光單元131。於一實施例中，環形反射器之一內側表面可為拋物面，如圖3所示，或複合式拋物面(compound paraboloid)，如圖4所示。於圖3所示之實施例中，將發光單元131設置於拋物面之焦點位置，則被第一反射器132a以及第二反射器132b反射之照明光L1r即平行於發光單元131之中心軸射出，而未被反射之照明光L1d則直接照射至患部20。因此，發光單元131所產生之照明光L1d、L1r具有高方向性，且大角度之照明光可被第一反射器132a以及第二反射器132b反射而往發光單元131之中心軸會聚，因而提高照明光之利用率。

可以理解的是，將發光單元131之設置位置從焦點往出光口移動，將使較大部分的照明光未被第一反射器132a以及第二反射器132b反射而發散。於一實施例中，發光單元131之設置位置應在拋物面之焦點以及頂點之間，亦即圖3所示之區域P內，如此可使照明光往發光單元131之中心軸會聚。另外，考量加工難易度以及照明光之會聚效果，第一反射器132a以及第二反射器132b所組成之拋物面環形反射器之出光口之內徑W以及深度D之比值範圍介於0.5至1.1。

，於圖4所示之實施例中，第一反射器132a以及第二反射器132b所組成之環形反射器之內側表面為複合式拋物面。因此，將發光單元131設置於複合式拋物面之焦平面時，發光單元131於複合式拋物面之焦平面所發光之照明 光，依據不同的反射位置將形成不同射出角度之平行照明光L1r、L1r’，其餘未被反射之照明光L1d則直接照射至患部20。如前所述，發光單元131之設置位置將影響照明光之會聚效果。於一實施例中，發光單元131之設置位置應在複合式拋物面之焦平面至頂點之間，亦即圖4所示之區域P內。此外，第一反射器132a以及第二反射器132b所組成之複合式拋物面環形反射器之出光口之內徑以及深度之比值範圍介於0.45至0.7。較佳者，複合式拋物面環形反射器之出光口之內徑小於內側表面之最大內徑，換言之，複合式拋物面環形反射器之最大內徑不應在出光口的位置。

請參照圖2，圖2所示之實施例中，第一反射器132a以及第二反射器132b所組成之環形反射器之中心軸CA是與成像鏡頭模組12之光軸OA平行，但不限於此。於一實施例中，環形反射器之中心軸CA與成像鏡頭模組12之光軸OA可具有0度至10度之一夾角，如此可利用到較外側之照明光，以進一步提升照明光之利用率。

請參照圖5，於一實施例中，多個第一反射器132a可連接成一第一環形反射器，而多個第二反射器132b可連接成一第二環形反射器，亦即形成二個同軸配置之環形反射器。而多個發光單元131則設置於多個第一反射器132a所組成之第一環形反射器以及多個第二反射器132b所組成之第二環形反射器之間。依據此結構，多個發光單元131所產生之照明光L1r依序經由第一環形反射器以及第二環形反射器反射至患部。一般而言，發光單元131(例如發光二極體)是產生發散之照明光，因此，於一實施例中，第一反射器132a所組成之第一環形反射器之反射面可為一凹面，例如球面、非球面或其它習知之凹面，以會聚發光單元131所發出之照明光。第一環形反射器之設置位置靠近發光單元131能夠以較小之反射面大部分發光單元131所發出之照明光，因此，於一實施例中，第一環形 反射器之反射面的曲率半徑範圍介於發光單元131至第一環形反射器之反射面之距離的2至3倍。

於一實施例中，第一反射器132a所組成之第一環形反射器可將發散之照明光偏折為平行照明光，如此可簡化第二反射器132b所組成之第二環形反射器的設計。舉例而言，第二環形反射器之反射面可為一平面，藉由調整第二環形反射器之反射面之角度即可改變照明光之射出角度。但不限於此，第二環形反射器之反射面亦可為一曲面，以會聚照明光。於一實施例中，第一環形反射器之反射面與成像鏡頭模組12之光軸OA具有45度之夾角，使經第一環形反射器反射之照明光之光路垂直成像鏡頭模組12之光軸OA。由於經第一環形反射器反射之照明光為平行光，因此，第一環形反射器以及第二環形反射器間之距離可以任意調整。舉例而言，第二環形反射器遠離第一環形反射器可形成較大角度的照明光照射患部。如此可避免患部所反射之照明光進入成像鏡頭模組12而影響成像品質。需注意者，依據實際設計需求，第一環形反射器之反射面與成像鏡頭模組12之光軸OA可具有45度至50度之夾角。

可以理解的是，成像光L2可以是患部20所反射之照明光L1，但不限於此。成像光L2可為分佈於患部20之螢光劑被照明光L1激發所放射出之螢光，或者，其亦可為患部20被照明光L1激發所放射出之自發性螢光(Auto-Fluorescence，AF)。請參照圖6，於一實施例中，依據不同的使用需求，多個發光單元可為多個中心波長相異之發光二極體131a、131b，例如可見光以及短波長之紫光或紫外光，或不同短波長之紫光以及紫外光。舉例而言，應用於螢光檢測時，照明光之波長範圍可為380nm至460nm，如圖7之點線所示，以激發患部或患部表面或患部內之螢光劑產生螢光。較佳者，中心波長相同之多個發光二極體131a或131b呈環形對稱配置，且與中心波長相異之多個發光二極體131b或131a交錯配置。如此，操作者可依不同的使用需求選擇適當波長範圍之照明光。

請再參照圖2，於一實施例中，本發明之可攜式醫療影像擷取裝置更包含一帶通濾光片(band pass filter)133，其設置於環形照明模組13之出光口。帶通濾光片133允許波長範圍約為380nm至460nm之照明光通過，如圖7之實線所示，以確保環形照明模組13射出之照明光在適當之波長範圍內。舉例而言，帶通濾光片133可藉由不同折射率之材料經多層鍍膜所形成。

於一實施例中，本發明之可攜式醫療影像擷取裝置更包含一高通濾光片(long pass filter)121，其設置於成像鏡頭模組12以及影像感測模組11之間。高通濾光片121允許波長大於460nm之成像光L2通過，如圖7之長虛線所示，並濾除波長小於460nm之光線，例如照明光或環境光，以提升成像品質。於一實施例中，本發明之可攜式醫療影像擷取裝置更包含一陷波濾光片(notch filter)122，其設置於高通濾光片121以及影像感測模組11之間。陷波濾光片122可允許綠光波長範圍(495nm-555nm)以及紅光波長範圍(650nm-760nm)之成像光L2通過，以獲得不同需求之影像。於一實施例中，陷波濾光片122是以由操作者選擇性地移動至高通濾光片121以及影像感測模組11之間。簡言之，在需要濾除綠光以及紅光波長範圍以外之光線時，即將陷波濾光片122移動至高通濾光片121以及影像感測模組11之間。反之，則移除陷波濾光片122。

請再參照圖1以及圖2，於一實施例中，本發明之一實施例之可攜式醫療影像擷取裝置1更包含一焦距調整模組14。焦距調整模組14用以驅動影像感測模組11沿成像鏡頭模組之光軸OA線性移動，如圖2所之箭頭A所示。為了簡化設計，調整焦距時，成像鏡頭模組12為靜止不動的。

於一實施例中，本發明之一實施例之可攜式醫療影像擷取裝置1更包含一顯示模組15，其與影像感測模組11電性連接。顯示模組15顯示影像感測模組11所擷取之影像。需注意者，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解，本發明之可攜式醫療影像擷取裝置1可包含具有運算功能之處理單元，例如 整合於影像感測模組11中或彼此分離設置。處理單元可用以處理影像感測模組11所擷取的影像並將影像顯示於顯示模組15。舉例而言，處理單元可對影像感測模組11所擷取的影像進行影像處理，例如去除雜訊、調整對比或亮度等，以獲得較佳之影像品質。處理單元之功能為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知，故省略其詳細說明。

於一實施例中，本發明之一實施例之可攜式醫療影像擷取裝置1更包含一儲存單元16，其與影像感測模組11電性連接。儲存單元16可儲存影像感測模組11所擷取之影像。於一實施例中，本發明之一實施例之可攜式醫療影像擷取裝置1更包含一通訊介面17，其與影像感測模組11電性連接。通訊介面17可傳輸影像感測模組11所擷取之影像至一外部電子裝置。舉例而言，通訊介面17可為一無線通訊介面，例如無線區域網路(WLAN)介面或藍牙模組。通訊介面17亦可為有線之連接埠，例如有線網路介面、通用序列匯排流(Universal Serial Bus，USB)、或視訊圖形陣列(Video Graphic Array，VGA)連接埠、數位視覺介面(Digital Visual Interface，DVI)或高解析度多媒體介面(High Definition Multimedia Interface，HDMI)等影像輸出介面。影像輸出介面供一外部顯示裝置經由影像輸出介面連接至本發明之可攜式醫療影像擷取裝置1，以使接受診斷之患者可同步觀看患部之影像。

綜合上述，本發明之可攜式醫療影像擷取裝置是設置多個環形對稱配置之發光單元以及相對應之第一反射器以及第二反射器，以使每一發光單元之照明區域至少部分重疊，因而形成具有高均勻性、較高強度且具有方向性之均勻照明區域。應用於螢光檢測時，均勻的照明不會影響螢光而可讓微弱的螢光清楚呈現。此外，多個發光單元所重疊之照明區域具有較高的照明強度，而可有效激發螢光，尤其是自發性螢光之檢測，以獲得較佳之成像品質。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

11‧‧‧影像感測模組

12‧‧‧成像鏡頭模組

121‧‧‧高通濾光片

122‧‧‧陷波濾光片

131‧‧‧發光單元

133‧‧‧帶通濾光片

15‧‧‧顯示模組

16‧‧‧儲存單元

17‧‧‧通訊介面

20‧‧‧患部

A‧‧‧驅動方向

CA‧‧‧中心軸

L1‧‧‧照明光

L2‧‧‧成像光

OA‧‧‧光軸

Claims (23)

1. 一種可攜式醫療影像擷取裝置，包含：一影像感測模組，其用以擷取來自一患部之一成像光以形成一影像；一成像鏡頭模組，其設置於該影像感測模組之一感光側，用以會聚該成像光至該影像感測模組；以及一環形照明模組，其環繞該成像鏡頭模組設置，並包含：多個發光單元，其呈環形對稱配置，用以產生一照明光照射該患部；多個第一反射器以及多個第二反射器，其分別設置於該多個發光單元之兩側，其中每一該發光單元所產生之該照明光至少一部分經該第一反射器以及該第二反射器至少其中之一反射至該患部，且該多個發光單元所形成之多個照明區域部分重疊，以形成一均勻照明區域照射該患部，其中該均勻照明區域之直徑範圍為30mm至80mm，且該均勻照明區域之最弱照明點之光強度大於等於該均勻照明區域之最強照明點之光強度之40%。
2. 如請求項1所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該多個第一反射器以及相對應之該多個第二反射器連接成多個環形反射器，其中每一該發光單元設置於對應之該環形反射器之一中心軸。
3. 如請求項2所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該環形反射器之一內側表面為拋物面或複合式拋物面(compound paraboloid)。
4. 如請求項3所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該發光單元設置於該拋物面之焦點或該複合式拋物面之一焦平面至該拋物面或該複合式拋物面之一頂點之間。
5. 如請求項2所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該環形反射器之一內側表面為一複合式拋物面，且該環形反射器之一出光口之內徑小於該內側表面之一最大內徑。
6. 如請求項2所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該環形反射器之一內側表面為一複合式拋物面，且該環形反射器之一出光口之內徑以及深度之比值範圍介於0.45至0.7。
7. 如請求項2所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該環形反射器之一內側表面為一拋物面，且該環形反射器之一出光口之內徑以及深度之比值範圍介於0.5至1.1。
8. 如請求項2所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該環形反射器之該中心軸與該成像鏡頭模組之一光軸具有0度至10度之一夾角。
9. 如請求項1所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該多個第一反射器連接成一第一環形反射器，該多個第二反射器連接成一第二環形反射器，且該多個發光單元設置於該第一環形反射器以及該第二環形反射器之間，以使該多個發光單元所產生之照明光依序經由該第一環形反射器以及該第二環形反射器反射至該患部。
10. 如請求項9所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該第一環形反射器之反射面為一凹面。
11. 如請求項10所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該第一環形反射器之反射面之曲率半徑範圍介於該發光單元至該反射面之距離的2至3倍。
12. 如請求項9所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該第一環形反射器之反射面與該成像鏡頭模組之一光軸具有45度至50度之一夾角。
13. 如請求項9所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該第二環形反射器之反射面為一平面或曲面。
14. 如請求項1所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該成像光為該患部所反射之該照明光，或為該患部或分佈於該患部之螢光劑被該照明光激發所放射出之一螢光。
15. 如請求項1所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該多個發光單元包含多個中心波長相異之發光二極體，且中心波長相同之該多個發光二極體呈環形對稱配置，並與中心波長相異之該多個發光二極體交錯配置。
16. 如請求項1所述之可攜式醫療影像擷取裝置，其中該照明光之波長範圍為380nm至460nm。
17. 如請求項1所述之可攜式醫療影像擷取裝置，更包含：一帶通濾光片(band pass filter)，其設置於該環形照明模組之出光口，且允許波長範圍為380nm至460nm之該照明光通過。
18. 如請求項1所述之可攜式醫療影像擷取裝置，更包含：一高通濾光片(long pass filter)，其設置於該成像鏡頭模組以及該影像感測模組之間，且允許波長大於460nm之該成像光通過。
19. 如請求項18所述之可攜式醫療影像擷取裝置，更包含：一陷波濾光片(notch filter)，其選擇性設置於該高通濾光片以及該影像感測模組之間，且允許綠光波長範圍(495nm-555nm)以及紅光波長範圍(650nm-760nm)之該成像光通過。
20. 如請求項1所述之可攜式醫療影像擷取裝置，更包含：一焦距調整模組，其用以驅動該影像感測模組沿該成像鏡頭模組之一光軸線性移動，其中該成像鏡頭模組為靜止不動。
21. 如請求項1所述之可攜式醫療影像擷取裝置，更包含：一顯示模組，其與該影像感測模組電性連接，用以顯示該影像感測模組所擷取之該影像。
22. 如請求項1所述之可攜式醫療影像擷取裝置，更包含：一儲存單元，其與該影像感測模組電性連接，用以儲存該影像感測模組所擷取之該影像。
23. 如請求項1所述之可攜式醫療影像擷取裝置，更包含：一通訊介面，其與該影像感測模組電性連接，用以傳輸該影像感測模組所擷取之該影像至一外部電子裝置。