內窺鏡的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種內窺鏡，其包括：激光器用于輸出多束單色光信號，合束裝置用于接收單色光信號，半透鏡用于接收合束裝置輸出的合束光信號，振鏡用于接收半透鏡輸出的合束光信號，透鏡組件用于接收振鏡輸出的掃描光信號并出射掃描光信號，透鏡組件還用于接收反射光信號，反射光信號依次經過振鏡和半透鏡入射分光裝置，光電探測裝置接收分光裝置輸出反射單色光信號，處理單元用于接收光電探測裝置輸出色彩信號和位置信號，顯示單元用于接收處理單元輸出的三維成像信號顯示圖像。通過內窺鏡集成三維成像導航、OCT斷層掃描和光譜分析的診斷功能，在不需要切換設備的情況下，能夠進行更加方便且高效的診斷。
【專利說明】
內窺鏡
技術領域
[0001]本實用新型涉及醫療器械領域，尤其涉及一種內窺鏡。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著微創外科的發展與普及，醫用內窺鏡系統在骨科、脊柱外科、婦科、泌尿外科及神經外科等領域得到了大規模的應用。
[0003]現有常規的內窺鏡是采用外部光源進行術野照明，并通過圖像傳感器獲取反射回來的光，繼而形成圖像顯示，由于顯示的是二維的圖像，使得這種內窺鏡的操作在很大程度上依賴于醫生的操作經驗，且操作時需要雙手，一只手推送工作管進入腔道，另一只手轉動手柄以調整前端蛇形管的彎轉角度，醫生容易疲勞，精準率不高，在手術過程中易對其他健康部位造成破損感染，損傷率高，進一步增加手術風險。現有的OCT掃描儀和光譜分析儀功能單一、價格昂貴;現有內窺鏡不能實現三維建模，無法自動導向，同時也存在直徑越小分辨率越低的弊端。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種實現三維成像的內窺鏡。
[0005]為了實現本實用新型的目的，本實用新型提供一種內窺鏡，包括處理單元和顯示單元，其中，內窺鏡還設置有激光器、合束裝置、半透鏡、振鏡、透鏡組件、分光裝置和光電探測裝置，激光器用于輸出多束單色光信號，合束裝置用于接收單色光信號，半透鏡用于接收合束裝置輸出的合束光信號，振鏡用于接收半透鏡輸出的合束光信號，透鏡組件用于接收振鏡輸出的掃描光信號并出射掃描光信號，透鏡組件還用于接收反射光信號，反射光信號依次經過振鏡和半透鏡入射分光裝置，光電探測裝置接收分光裝置輸出反射單色光信號，處理單元用于接收光電探測裝置輸出色彩信號和位置信號，顯示單元用于接收處理單元輸出的三維成像信號并根據三維成像信號顯示圖像。
[0006]由上述方案可見，通過發出多束單色光信號，并利用合束裝置多束光信號進行合束傳輸，依次經過半透鏡、振鏡和透鏡組件輸出到外，掃描光信號照射到目標物表面后，將會有反射光返回至透鏡組件中，繼而使得反射光信號經過分光裝置后被光電探測器對各個單色光光強進行探測，由于經過振鏡處理的光信號成大角度散射地進行掃描，且由于目標物表面不同的點和透鏡組件輸出端之間的距離均不相同，使得光信號由發射到接收的時間差也不相同，繼而能夠通過處理單元能夠根據目標物表面各個點的色彩信號和位置信號計算各個點的距離位置和色彩標識，繼而能夠實時地進行三維圖像建模，以及實時顯示三維成像，使得醫生能夠直觀地獲知蛇形管前端與當前環境之間的實際距離和位置，通過這種激光三維建模導航技術可在很大程度上降低人體損傷和感染幾率，減少醫生疲勞感、降低事故發生率，提高病變的檢出率和導向的精確性。以及由于對光進行合光、分光處理，優化光傳輸結構，能夠大大減少透鏡組件輸出端的體積大小，繼而能夠實現在小直徑內窺鏡下實現三維成像。
[0007]更進一步的方案是，合束裝置包括全反射鏡和多個部分反射鏡，多個部分反射鏡依次設置在全反射鏡的輸出光路上，全反射鏡和多個部分反射鏡分別接收一束單色光信號。
[0008]由上可見，通過全反射鏡和部分反射鏡的組合，能夠簡單高效地將多束單色光信號進行合束處理，從而能夠高效優化光路。
[0009]更進一步的方案是，內窺鏡還包括光延時裝置，光延時裝置接收半透鏡輸出的合束光信號后進行延時處理，光延時裝置向半透鏡輸出延時合束光信號。
[0010]由上可見，通過光延時裝置的設置以及系統的集成，使得內窺鏡還可以進行OCT斷層掃描，使得本內窺鏡具有多功能性，有利于降低使用成本。
[0011]更進一步的方案是，激光器包括紅色激光發射模塊、藍色激光發射模塊和綠色激光發射模塊，紅色激光發射模塊輸出紅色光信號，藍色激光發射模塊發射藍色光信號，綠色激光發射模塊發射綠色光信號。
[0012]由上可見，通過三基色的發射、合光和分光，有效提高三維成像效果，從而進一步提高內窺鏡的三維導向的精確性。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型內窺鏡實施例的光路原理圖。
[0014]圖2是本實用新型內窺鏡實施例進行三維成像時信號輸出的光路原理圖。
[0015]圖3是本實用新型內窺鏡實施例進行三維成像時信號探測的光路原理圖。
[0016]圖4是本實用新型內窺鏡成像方法第一實施例進行三維成像的流程圖。
[0017]圖5是本實用新型內窺鏡實施例進行斷層掃描時信號輸出的光路原理圖。
[0018]圖6是本實用新型內窺鏡實施例進行斷層掃描時信號探測的光路原理圖。
[0019]圖7是本實用新型內窺鏡成像方法第二實施例進行斷層掃描的流程圖。
[0020]圖8是本實用新型內窺鏡實施例進行光譜分析時信號輸出的光路原理圖。
[0021]圖9是本實用新型內窺鏡實施例進行光譜分析時信號探測的光路原理圖。
[0022]圖10是本實用新型內窺鏡成像方法第三實施例進行光譜分析的流程圖。
[0023]以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
【具體實施方式】
[0024]內窺鏡及其成像方法第一實施例:
[0025]以下內窺鏡成像方法實施例均以內窺鏡實施例為基礎進行描述，故在內窺鏡成像方法第一實施例對內窺鏡實施例進行闡述說明，往后不再對內窺鏡的結構贅述。
[0026]參照圖1，圖1是內窺鏡的光路原理圖，內窺鏡包括激光器1、合束裝置、反射鏡24、半透鏡25、振鏡31、透鏡組件、分光裝置26、光延時裝置4、光電探測裝置51、光電探測裝置52、光電探測裝置53、處理單元61和顯示單元62。
[0027]具體地，激光器I包括紅色激光發射模塊11、藍色激光發射模塊13和綠色激光發射模塊12，處理單元61分別向紅色激光發射模塊11、綠色激光發射模塊12和藍色激光發射模塊13輸出控制信號，分別控制各個激光發射模塊發射激光信號，紅色激光發射模塊11輸出紅色光信號，綠色激光發射模塊12發射綠色光信號，藍色激光發射模塊13發射藍色光信號。合束裝置包括全反射鏡21、部分反射鏡22和部分反射鏡23，部分反射鏡22和部分反射鏡23依次設置在全反射鏡21的輸出光路上，全反射鏡21接收紅色光信號，部分反射鏡22接收綠色光信號，部分反射鏡23接收藍色光信號。在本實施例中單色光信號是指紅色光信號、綠色光信號或藍色光信號。透鏡組件包括透鏡組32、傳像柱33和透鏡組34，透鏡組32、傳像柱33和透鏡組34依次沿光路布置。分光裝置26可采用分光棱鏡或波分復用器均可實現對光的分光后，分別輸入到對應光的光電探測器中，光電探測器包括用于檢測光強的雪崩二極管。光延時裝置4包括多組透鏡和多組反射鏡，光延時裝置4用于增加光信號的光程，使得光信號延時返回輸出。
[0028]參照圖2和圖4，圖2是內窺鏡進行三維成像信號輸出的光路原理圖，圖4是內窺鏡成像方法進行三維成型時的流程圖。光信號輸出時，首先執行步驟Sll，激光器向合束裝置輸出多束單色光信號，即紅色激光發射模塊11向全反射鏡21出射紅色光信號，綠色激光發射模塊12向部分反射鏡22出射綠色光信號，藍色激光發射模塊13向部分反射鏡23出射藍色光信號，隨后執行步驟S12，合束裝置對多束單色光信號合光處理，合束裝置輸出的合束光信號經過反射鏡24的調整光路后，合束光信號再經過半透鏡25的反射后入射至振鏡31，然后執行步驟S13，振鏡31在處理單元的控制下，使合束光信號在X-Y平面發生偏轉，繼而實現在X-Y平面實現多點激光掃描輸出，振鏡31輸出的掃描光信號至透鏡組件，掃描光信號依次經過透鏡組32、傳像柱33和透鏡組34的光路調整，使得掃描光信號具有更加大范圍的探測角度，繼而將該掃描光信號向目標物的表面出射。通過良好的光學設計可以在小直徑內窺鏡下實現高分辨率掃描成像。
[0029]參照圖3并結合圖4，圖3是內窺鏡進行三維成像時信號探測的光路原理圖，隨后執行步驟S14，掃描光信號照射到目標物的表面并經過目標物反射后，反射光沿原路返回，并由透鏡組件接收和傳輸反射光信號，然后執行步驟S15，反射光信號經過振鏡31后入射半透鏡25，反射光信號經過半透鏡25的透射后入射至分光裝置26，隨后執行步驟S16，光電探測器26將反射光信號進行分光并分別輸出反射紅色光信號、反射綠色光信號和反射藍色光信號，在本實施例中反射紅色光信號、反射綠色光信號和反射藍色光信號均為反射單色光信號，光電探測裝置51接收反射紅色光信號，光電探測裝置52接收反射綠色光信號，光電探測裝置53接收反射藍色光信號。隨后執行步驟S17，處理單元61分別接收光電探測裝置51、光電探測裝置52、光電探測裝置53輸出各自的色彩信號和位置信號，由于目標物表面不同的點和透鏡組件輸出端之間的距離均不相同，使得光信號由發射到接收的時間差也不相同，故位置信號包括各束反射信號的光程差信息和透鏡組件輸出端與目標物表面各個點之間的距離信息，處理單元根據目標物表面的各點色彩信號和位置信號進行彩色三維建模，最后執行步驟S18，處理單元向顯示單元輸出實時的三維成像信號，顯示單元根據三維成像信號顯示三維圖像并實現相應的導航，醫生可根據三維圖像、蛇形管前端的位置信息、距離信息和色彩信息對內窺鏡進行操作，有效提高導向的精確性。
[0030]內窺鏡及其成像方法第二實施例:
[0031]參照圖5和圖7，圖5是內窺鏡進行OCT斷層掃描時信號輸出的光路原理圖，圖7是內窺鏡成像方法進行OCT斷層掃描時的流程圖。光信號輸出時，首先執行步驟S21，激光器向合束裝置輸出一束單色光信號，本實施例以紅色激光發射模塊11向全反射鏡21出射紅色光信號為例，當然可根據成像需求輸出綠光或藍光，隨后執行步驟S22，紅色光信號依次經過部分透反鏡22和部分透反鏡23，合束裝置輸出的合束光信號經過反射鏡24的調整光路后，合束裝置輸出的合束光信號入射半透鏡25，半透鏡25輸出第一合束光信號入射至振鏡31，半透鏡25輸出第二合束光信號入射至光延時裝置，然后執行步驟S23，振鏡31在處理單元的控制下，使第一合束光信號在X-Y平面發生偏轉，繼而實現在X-Y平面實現多點激光掃描輸出，振鏡31輸出的掃描光信號至透鏡組件，掃描光信號依次經過透鏡組32、傳像柱33和透鏡組34的光路調整，使得掃描光信號具有更加大范圍的探測角度，繼而將該掃描光信號向目標物的表面出射。
[0032]參照圖6并結合圖7，圖6是內窺鏡進行OCT斷層掃描時信號探測的光路原理圖，隨后執行步驟S24，掃描光信號照射到目標物的表面并經過目標物反射后，反射光沿原路返回，并由透鏡組件接收和傳輸反射光信號，然后執行步驟S25，反射光信號經過振鏡31后入射半透鏡25，隨后執行步驟S26，光延時裝置4對第二合束光信號延時處理后輸出延時合束光信號至半透鏡25。隨后執行步驟S27，反射光信號和延時合束光信號在半透鏡25產生干涉，半透鏡25經過分光裝置26向光電探測裝置輸出干涉信號。然后執行步驟S28，處理單元61分別接收光電探測裝置輸出干涉光強信，處理單元根據干涉光強信號進行光學相干層析成像，最后執行步驟S28，處理單元61向顯示單元輸出斷層掃描成像信號，顯示單元根據斷層掃描成像信號顯示目標物組織的斷層掃描圖像，醫生通過本內窺鏡還可以進行OCT斷層掃描，能夠為醫生提供方便且高效的診斷方案。
[0033]內窺鏡及其成像方法第三實施例:
[0034]參照圖8和圖10，圖8是內窺鏡進行光譜分析時信號輸出的光路原理圖，圖10是內窺鏡成像方法進行光譜分析時的流程圖。光信號輸出時，首先執行步驟S31，激光器I向合束裝置輸出藍色光信號，即藍色激光發射模塊13向部分透反鏡23出射藍色光信號，隨后執行步驟S32，合束裝置輸出的合束光信號經過反射鏡24的調整光路后，合束光信號再經過半透鏡25的反射后入射至振鏡31，然后執行步驟S33，振鏡31在處理單元的控制下，使合束光信號在X-Y平面發生偏轉，繼而實現在X-Y平面實現多點激光掃描輸出，振鏡31輸出的掃描光信號至透鏡組件，掃描光信號依次經過透鏡組32、傳像柱33和透鏡組34的光路調整，使得掃描光信號具有更加大范圍的探測角度，繼而將該掃描光信號向目標物的表面出射。
[0035]參照圖9并結合圖10，圖9是內窺鏡進行光譜分析時信號探測的光路原理圖，隨后執行步驟S34，掃描光信號照射到目標物的表面并經過目標物反射后，反射光沿原路返回，并由透鏡組件接收和傳輸反射光信號，然后執行步驟S35，反射光信號經過振鏡31后入射半透鏡25，反射光信號經過半透鏡25的透射后入射至分光裝置26，隨后執行步驟S36，光電探測器26將反射光信號進行分光并分別輸出反射紅色光信號、反射綠色光信號和反射藍色光信號，在本實施例中反射紅色光信號、反射綠色光信號和反射藍色光信號均為反射單色光信號，光電探測裝置51接收反射紅色光信號，光電探測裝置52接收反射綠色光信號，光電探測裝置53接收反射藍色光信號。隨后執行步驟S37，處理單元61分別接收光電探測裝置51、光電探測裝置52、光電探測裝置53輸出各自的光強信號，處理單元61根據光強信號進行光譜分析，最后執行步驟S38，處理單元61向顯示單元62輸出光譜成像信號，顯示單元根據光譜成像信號顯示目標物的光譜分析圖像，醫生通過本內窺鏡還可以進行目標物的光譜分析，能夠為醫生提供方便且高效的診斷方案。
[0036]上述實施例和附圖為了清楚說明內窺鏡的工作原理和成像方法，采用分圖和分步驟進行詳細說明，然而內窺鏡實際應用中，光信號的輸出和光信號的探測均是同時地連續地進行。以及本實用新型還可以具有更多實施變化，如合束裝置采用波分復用器件，也是能夠實現對光信號的合束，又例如采用更多的激光輸出模塊和光電探測器，又例如將傳像柱更改采用光纖傳輸，上述這些改變均能實現本實用新型的目的，這些改變均在本實用新型的保護范圍內。
[0037]由上可見，通過發出多束單色光信號，并利用合束裝置多束光信號進行合束傳輸，依次經過半透鏡、振鏡和透鏡組件輸出到外，掃描光信號照射到目標物表面后，將會有反射光返回至透鏡組件中，繼而使得反射光信號經過分光裝置后被光電探測器對各個單色光光強進行探測，由于經過振鏡處理的光信號成大角度散射地進行掃描，且由于目標物表面不同的點和透鏡組件輸出端之間的距離均不相同，使得光信號由發射到接收的時間差也不相同，繼而能夠通過處理單元能夠根據目標物表面各個點的色彩信號和位置信號計算各個點的距離位置和色彩標識，繼而能夠實時地進行三維圖像建模，以及實時顯示三維成像，使得醫生能夠直觀地獲知蛇形管前端與當前環境之間的實際距離和位置，通過這種激光三維建模導航技術可在很大程度上降低人體損傷和感染幾率，減少醫生疲勞感、降低事故發生率，提高病變的檢出率和導向的精確性。以及由于對光進行合光、分光處理，優化光傳輸結構，能夠大大減少透鏡組件輸出端的體積大小，繼而能夠實現在小直徑內窺鏡下實現三維成像。同時通過本內窺鏡還可以進行OCT斷層掃描和光譜分析，使得本內窺鏡集成多個診斷功能，在不需要切換切件器械的情況下，能夠進行更加方便且高效的診斷。
【主權項】
1.內窺鏡，包括處理單元和顯示單元，其特征在于，所述內窺鏡還設置有: 激光器，所述激光器用于輸出多束單色光信號； 合束裝置，所述合束裝置用于接收所述單色光信號； 半透鏡，所述半透鏡用于接收所述合束裝置輸出的合束光信號； 振鏡，所述振鏡用于接收所述半透鏡輸出的所述合束光信號 透鏡組件，所述透鏡組件用于接收所述振鏡輸出的掃描光信號并出射所述掃描光信號，所述透鏡組件還用于接收反射光信號； 分光裝置，所述反射光信號依次經過所述振鏡和所述半透鏡入射所述分光裝置； 光電探測裝置，所述光電探測裝置接收所述分光裝置輸出反射單色光信號； 所述處理單元用于接收所述光電探測裝置輸出色彩信號和位置信號，所述顯示單元用于接收處理單元輸出的三維成像信號并根據所述三維成像信號顯示圖像。2.根據權利要求1所述的內窺鏡，其特征在于: 所述合束裝置包括全反射鏡和多個部分反射鏡，多個所述部分反射鏡依次設置在所述全反射鏡的輸出光路上，所述全反射鏡和多個所述部分反射鏡分別接收一束所述單色光信號。3.根據權利要求1所述的內窺鏡，其特征在于: 所述內窺鏡還包括光延時裝置，所述光延時裝置接收所述半透鏡輸出的所述合束光信號后進行延時處理，所述光延時裝置向所述半透鏡輸出延時合束光信號。4.根據權利要求1至3任一項所述的內窺鏡，其特征在于: 所述激光器包括紅色激光發射模塊、藍色激光發射模塊和綠色激光發射模塊，所述紅色激光發射模塊輸出紅色光信號，所述藍色激光發。
【文檔編號】A61B5/00GK205729295SQ201620489712
【公開日】2016年11月30日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】胡善云, 劉鵬
【申請人】珠海康弘發展有限公司