TWI615124B - 內視鏡系統 - Google Patents

Abstract

　 一種內視鏡系統，包括一管端及一控制把手。管端包括一影像感測模組及多個光源。影像感測模組適於擷取影像並產生一影像資料。光源適於提供不同的波長的光線。控制把手與管端連接，控制把手包括一光源控制器、一訊號轉換模組及一連接器。光源控制器與該光源連接，光源控制器適於控制光源的電源。訊號轉換模組與影像感測模組連接，適於接收該影像資料並加以轉換。連接器是連接至一電子裝置。

Description

內視鏡系統

　 本發明是關於一種內視鏡系統，且特別是關於一種具有多種波長光源、採用USB連接、可熱插拔的內視鏡系統。

　 內視鏡（Endoscope）是一種被廣泛應用於工業或醫學領域的技術，能夠讓使用者能夠查看狹小且肉眼無法觀察的位置，尤其在醫學上影響甚鉅。醫師可利用內視鏡伸入人體，經由內視鏡上的攝像鏡頭觀察病患體器官的狀況，讓醫師能夠更進一步的診斷病患的狀態。內視鏡的應用也使近年來「微創手術」的技術蓬勃發展，醫師可利用內視鏡與微小的手術器械，透過很小的傷口便可切除病灶或取得組織樣本，將病患的身心壓力降到最低。

　 然而，傳統的內視鏡仍有缺陷。在照明方面，現行技術是將光源設置於內視鏡系統外部，再透過光纖系統將光線導入內視鏡中。而目前多是採用白光，但是某些病灶用白光並無法有效的觀察。例如，早期腫瘤微血管的變化，必須透過藍光照射顯現出紅色的微血管；綠光照射則顯現出較深層的血管來觀察。若只具有單一的白光，醫師便無法提前發現血管的病變。而且，光源設備設置於內視鏡系統外，其具有體積龐大攜帶不便、笨重、耗電量高、需要連接大量線路以及價格昂貴等缺點。

　 此外，傳統的內視鏡系統是採用專用主機，因此內視鏡對於一般的電腦相容性較低，且專用主機也意味者更高的成本與價格。在高成本與價格的架構下，其內視鏡系統便無法達成拋棄式醫療的水準。因此內視鏡並須經過嚴格的衛生控管與消毒，避免內視鏡受到微生物汙染導致病患感染。

　 綜上所述，如何設計一種可提供多色光源，且成本較低可達拋棄式醫療的內視鏡，便是本領具通常知識者值得去思量地。

　 為了解決上述之問題，本發明的目的在於提供一種具有不同波長光源的內視鏡系統。

　 基於上述目的與其他目的，本發明提供一種內視鏡系統，包括一管端及一控制把手。管端包括一影像感測模組及多個光源。影像感測模組適於擷取影像並產生一影像資料。光源適於提供不同的波長的光線。控制把手與管端連接，控制把手包括一光源控制器、一訊號轉換模組及一連接器。光源控制器與該光源連接，光源控制器適於控制光源的電源。訊號轉換模組與影像感測模組連接，適於接收該影像資料並加以轉換。連接器是連接至一電子裝置。

　 在上述之內視鏡系統，其中連接器為通用串列匯流排連接器。

　 在上述之內視鏡系統，其中光源為發光二極體。

　 在上述之內視鏡系統，其中管端還包括一撓性結構。

　 在上述之內視鏡系統，其中控制把手還包括一方向控制器，以一鋼索與撓性結構連接，方向控制器適於控制撓性結構的擺動方向。

　 在上述之內視鏡系統，其中影像感測模組為一攝像鏡頭、一影像感測器與一電路板所組成的群組。

　 在上述之內視鏡系統，其中管端還包括至少一被動元件。

　 在上述之內視鏡系統，其中被動元件為電阻器、電容器或震盪器。

　 在上述之內視鏡系統，其中管端之外殼還包括多個刻度。

　 在上述之內視鏡系統，其中連接器中還包括一UVC轉換模組。

100‧‧‧內視鏡系統

110‧‧‧管端

111‧‧‧影像感測模組

1111‧‧‧攝像鏡頭

1112‧‧‧電路板

112‧‧‧撓性結構

113‧‧‧光源

114‧‧‧被動元件

120‧‧‧控制把手

121‧‧‧方向控制器

1211‧‧‧鋼索

122‧‧‧光源控制器

123‧‧‧訊號轉換模組

130‧‧‧連接器

140‧‧‧導線

圖1所繪示為內視鏡系統之外觀示意圖。

圖2所繪示為內視鏡系統之架構示意圖。

圖3A及圖3B所繪示為撓性結構之示意圖。

圖4A與圖4B所繪示為控制撓性結構之示意圖。

　 請參閱圖1及圖2，圖1所繪示為內視鏡系統100之外觀示意圖，圖2所繪示為內視鏡系統100之架構示意圖。本發明之內視鏡系統100包括了一管端110及一控制把手120，管端110之一端是與控制把手120連接，管端110為一長條狀之結構，是讓內視鏡系統100能夠伸入人體擷取影像的主要結構。管端110是採用生物相容的塑膠材料製成，且管端110的外殼上可繪製有刻度，讓醫師能夠直接了解目前內視鏡系統100伸入的深度。

　 管端110包括了一影像感測模組111、多個光源113及一撓性結構112。影像感測模組111位於管端110的前端，適於擷取影像並產生一影像資料。影像感測模組111中還包括了一攝像鏡頭1111、一影像感測器與一電路板1112。影像感測器例如為互補性氧化金屬半導體（Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS）感測器，影像感測器是設置於電路板1112上，且位於攝像鏡頭1111下方。由於影像感測器位於攝像鏡頭1111下方，被攝像鏡頭1111所覆蓋，故於圖2中並未繪示影像感測器。在本實施例中，電路板1112為軟性電路板。影像感測器能夠將攝像鏡頭1111所擷取的光線轉換成數位型式的影像資料，例如為MIPI格式或YUV格式的影像資料，再透過電路板1112上的連接電路將影像資料傳送出去。

　 此外，在攝像鏡頭1111週邊還設置有多個光源113。這些光源113例如為發光二極體（LED）。這些光源113分別可提供不同波長（即不同顏色）的光線，可供不同用途使用。例如：基本照明使用的白光、觀察微血管的藍光或觀察深層血管的綠光等等。光線的顏色可由控制把手120上之光源控制器112控制，其控制方法容後再述。而影像感測模組111與光源113則是透過一導線140連接至控制把手120，因此軟導線140是沿著管端110且穿過撓性結構112而設置，導線140適於傳輸影像感測模組111所產生的影像資料，並可提供電源至影像感測模組111與光源113。管端110中還包括至少一被動元件114，被動元件114為內視鏡系統100所需的被動性電子元件，例如為：電阻器、電容器或震盪器等電子元件，在某些實施例中，影像感測器可內建震盪器，故被動元件114便可選擇不設置震盪器。而影像感測模組111與光源113是安裝於管端110前端，並且使用光學級膠水封裝於管端110前端。

　 請參閱圖3A及圖3B，圖3A及圖3B所繪示為撓性結構112之示意圖。撓性結構112設置於影像擷取模組111與控制把手120之間，撓性結構112是一種可自由彎曲的管狀結構，可為蛇骨結構（如圖3A所繪示）。或者，撓性結構112也可設計成台灣專利號M400299所揭露的多向轉向機構（如圖3B所繪示），採用多節式的設計。再透過鋼索1211來拉動撓性結構112，便能夠讓管端110自由轉動，使管端110能夠配合人體管道來移動，轉動方式容後再述。撓性結構112的外部還具有包覆結構，包覆結構的材質例如為矽膠、軟式塑膠或金屬編織網等等。

　 控制把手120則是讓醫師握持與操作內視鏡系統100的結構，控制把手120中包括一光源控制器122、一方向控制器121及一連接器130。控制把手120的一端是與管端110連接，控制把手120的另一端則是透過連接器130連接到一外部的電子裝置，例如個人電腦、智慧型裝置或醫療專用電腦。而連接器130是採用通用串列匯流排（Universal Serial Bus, USB）規格的連接器。此外，連接器130中還包括一UVC（USB video class）轉換模組，透過UVC轉換模組，內視鏡系統100連接到電子裝置時，可在不需要安裝任何驅動程式的狀況下直接啟用，使內視鏡系統100具有隨插即用的特性。而對電子裝置而言，電子裝置能夠以PC camera的方式來顯示內視鏡系統100所擷取的影像。

　 請參閱圖4A與圖4B，圖4A與圖4B所繪示為控制撓性結構112之示意圖。撓性結構112可由控制把手120上之方向控制器121來轉動撓性結構112的方向。方向控制器121是一個圓盤型的轉動機構，是經由鋼索1211連接至撓性結構112，鋼索1211的一端是連接到方向控制器121的邊緣，另一端則是連接在撓性結構112上。如圖3B所示，因此當方向控制121被轉動，鋼索1211並可拉動撓性結構112轉動，經過方向控制121的左右轉動便可調整撓性結構112的轉動方向，進一步控制影像感測模組111的方向。

　 請再參閱圖1及圖2，光源控制器122是與管端110之光源113連接，且光源控制器122適於控制光源113的電源。換言之，光源控制器122是透過開啟或關閉不同的光源113來提供醫師所需要的光源。例如需要照明時則開啟白色的光源113，需要綠光便開啟綠色的光源113並關閉白色的光源113。藉此調整光源113提供的光線顏色。

　 控制把手120中還包括一訊號轉換模組123，訊號轉換模組123是一種特殊應用積體電路（Application-specific integrated circuit, ASIC）。訊號轉換模組123適於自管端110接收影像感測模組111所產生的影像資料，並將影像資料轉換成電子裝置能夠讀取的格式。在本實施例中，訊號轉換模組123能夠將MIPI格式轉為USB格式、MIPI格式轉為AV OUT格式或YUV格式轉成USB格式，訊號轉換模組123還能夠轉換LVDS、Sub LVDS、RAW、UVC或CVBS等格式的影像資料。經過格式轉換影像資料便可經由連接器130傳送出去，由外部電子裝置來撥放這些影像資料。此外，若影像感測模組111所產生的影像資料，其格式不在所訊號轉換模組123所能支援的範圍內，或訊號轉換模組123無法辨識影像資料時，訊號轉換模組123便會發送例如「無訊號」或「錯誤」等訊號到電子裝置中，以維持影像的輸出，避免電子裝置因中斷接收訊號而產生預期外的錯誤。

　 另外，由於訊號轉換模組123需要處理影像格式的轉換，其運算量較大，也會具有較高的熱量。若設置於管端110，可能會導致管端110溫度過高，從而無法符合法規標準的規定（低於攝氏42度之規定）。因此本發明將訊號轉換模組123設置於控制把手120中，避免管端110的溫度超過法規的規範。而管端110中的被動元件114所產生的熱量較低，因此可設置於管端110中。

　 相較於習知技術中的內視鏡系統，本發明之內視鏡系統100具有以下優點：

1. 採用USB介面連接，如同個人電腦上的視訊鏡頭，具有隨插即用及快速啟動影像的特點，且不會造成主機當機。

2. 管端110中設置有光源113，可由USB直接供電提供照明，且具有不同的顏色可針對不同狀況使用，不需使用傳統的外部光源，可節省成本與能源。

3. 可作用於一般電腦或醫療專用電腦，省去傳統龐大笨重的內視鏡主機，可減少內視鏡所需的線路。

4. 架構簡單、成本低廉，可達到拋棄式醫療器材的水準。使用後可直接拋棄，省去清潔消毒等程序，同時可降低院內感染的風險。

　 本發明說明如上，然其並非用以限定本創作所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡本領域具有通常知識者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本創作所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。

100‧‧‧內視鏡系統

110‧‧‧管端

111‧‧‧影像感測模組

112‧‧‧撓性結構

114‧‧‧被動元件

120‧‧‧控制把手

121‧‧‧方向控制器

122‧‧‧光源控制器

Claims (1)

1. 一種內視鏡系統，包括：一管端，其遠端具有一段可撓性結構，並包含有：一影像感測模組，結合於管端的遠端外部，其具有一攝像鏡頭、一影像感測器與一電路板，及多個設於攝像鏡頭外圍的光源，各光源可提供不同的波長的光線；及一控制把手，其一端與管端的近端相連接，該控制把手包括：一方向控制器，以鋼索與管端的遠端連接，藉以控制管端之可撓性結構的擺動方向；一光源控制器，與各光源導電連接；一訊號轉換模組，與該影像感測模組連接；及一連接器，該連接器可提供連接至另一電子裝置。