一種光譜硬管內窺鏡系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光譜硬管內窺鏡，利用光譜儀采集單色照明光源照射組織表面反射的光譜圖樣，利用光譜中包含的信息能夠實現對病變部位的病理進行分析，有利于實現精確診療；利用生物體組織對不同波長光能吸收率的差異性，通過安裝在硬管鏡里面最前端的照明光源產生不同顏色的單色光，可獲取不同單色光的圖像，此光譜硬管鏡系統可以大幅提升圖像的分辨率；并且通過圖像信息處理的方法，可以在進一步增強圖像質量的基礎上，應用其中的圖像融合方法能夠將不同深度下經過提升后的結果在一幅圖像中顯示。
【專利說明】
-種光譜硬管內窺鏡系統
技術領域
[0001] 本實用新型設及光譜技術、圖像信息處理、醫學檢測、腫瘤篩查的領域，尤其設及 一種光譜硬管內窺鏡系統。
【背景技術】
[0002] 隨著社會的快速發展，醫用內窺鏡在臨床診療上的應用越來越廣泛。它具有體積 小，操作方便等諸多優點，可W探入到人體內部進行觀察。對于醫用內窺鏡來說，其應用于 臨床診療的廣泛程度對于其相關技術的發展提出了強烈的需求。其發展的重點在于:如何 進一步提高成像質量W及如何獲取更豐富的信息。
[0003] 目前，對于提高成像質量具有代表性的是窄帶成像技術(NBI)與富±能智能電子 分光技術(FICE)，后者又成為多帶顯像技術(MBI)或計算機虛擬色素內鏡(CVC)。兩種技術 共同的優點在于可W增加圖像的對比度，獲得紋理細節豐富的清晰圖像，為診療提供便利 條件，但是也存在不足之處，對于前者，不足之處在于成本高、功耗大;對于后者，不足之處 在于對比度提升程度不夠明顯。并且，目前在內窺鏡病情診斷領域仍然W圖像中的包含的 信息作為唯一診斷依據，對于病變位置在光譜圖樣中包含的信息缺乏全面認識，而光譜技 術診療W其高效、準確的特點在病情診療的許多領域已經得到了廣泛的應用，因此，如果將 光譜技術與內窺鏡成像技術相結合，對于病理周期快速、精確分析W及早期診斷的正確率 等方面將會得到有效提高。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，本實用新型提供了一種光譜硬管內窺鏡系統，可W獲取病變區域光譜 信息，還能夠大幅提高圖像分辨率，增強圖像對比度，實時的光譜硬管內窺鏡及系統，進行 病情診斷的同時能夠對病理周期進行精確分析，提高早期病情診斷能力。
[0005] 本實用新型的一種光譜硬管內窺鏡系統，包括硬管內窺鏡、分光裝置、成像探測器 件、計算顯示設備W及光譜儀；
[0006] 所述硬管內窺鏡采用單色的照明光源，用于對待觀察的生物體組織進行單色光照 明；
[0007] 所述分光裝置將硬管內窺鏡接收的所述生物體組織表面反射的光分為兩部分，一 部分傳遞給成像探測器件，另一部分傳遞給光譜儀；
[000引所述成像探測器件，采集所述生物體組織表面的圖像，將圖像輸入計算顯示設備；
[0009] 所述光譜儀，接收生物體組織表面反射的光信號數據，并將其傳輸給計算顯示設 備；
[0010] 所述計算顯示設備顯示所述生物體組織表面的圖像，供醫護人員直接觀察；同時， 對所述光信號數據進行處理，得到生物體組織的光譜圖樣，供醫護人員對病理位置進行診 斷。
[0011] 較佳的，所述單色照明光源置于所述硬管內窺鏡的前端。
[0012] 較佳的，所述單色照明光源可分時變換不同顏色，其包括在硬管內窺鏡前端邊緣 的圓環面上均布的6個L邸忍片，互為中屯、對稱的兩個Lm)忍片為一組，產生相同顏色的光包 括綠、藍、紅(或紅外）。
[0013] 較佳的，單色照明光源包括在硬管內窺鏡前端邊緣的圓環面上均布的6個Lm)忍 片，產生相同顏色的光;光的顏色為紅色(或紅外）、綠色或藍色。
[0014] 較佳的，還包括控制電路;該控制電路包括直流電源、限流電阻W及Ξ個開關;各 開關的一端通過限流電阻接直流電源的正端，開關的另一端接一組相同顏色的Lm)忍片后 接直流電源的負端。
[0015] 較佳的，所述硬管內窺鏡包括在鏡管中從前到后依次布置的物鏡組、棒鏡組、目鏡 組、主鏡體W及供電通道;供電通道通過緊貼鏡管內表面的導線為單色照明光源供電。
[0016] 較佳的，所述計算顯示設備對不同顏色照明光源所成的生物體組織表面圖像進行 如下處理技術，包括:圖像降噪、圖像增強W及圖像融合。
[0017] 較佳的，所述計算顯示設備的圖像融合采用線性加權融合法。
[0018] 較佳的，所述計算顯示設備的圖像融合采用主成分分析融合法。
[0019] 本實用新型具有如下有益效果：
[0020] (1)本實用新型利用光譜儀采集單色照明光源照射組織表面反射的光譜圖樣，利 用光譜中包含的信息能夠實現對病變部位的病理進行分析，有利于實現精確診療;利用生 物體組織對不同波長光能吸收率的差異性，通過安裝在硬管鏡里面最前端的不同單色照明 光源可獲取不同單色光的圖像，此光譜硬管鏡系統可W大幅提升圖像的分辨率；
[0021] (2)本實用新型通過圖像信息處理，可W在進一步增強圖像質量的基礎上，應用其 中的圖像融合方法能夠將不同單色照明下提升后的結果在一幅圖像中顯示。
[0022] (3)本實用新型通過采用單管內窺鏡，相比于傳統的雙管內窺鏡，由于取消了內 管，外管內部的空間增大了，內部的物鏡組、棒鏡組W及目鏡組直徑加大，圖像分辨率顯著 增加。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本實用新型光譜硬管內窺鏡系統的結構示意圖。
[0024] 圖2是本實用新型光譜硬管內窺鏡系統的功能框圖。
[0025] 圖3是本實用新型光譜硬管內窺鏡系統的光譜硬管內窺鏡結構示意圖。
[0026] 圖4是本實用新型光譜硬管內窺鏡系統的光譜硬管內窺鏡前端面示意圖。
[0027] 圖5是本實用新型光譜硬管內窺鏡系統的單色光源供電電路原理圖。
[00%] 1-硬管內窺鏡，2-分光裝置，3-成像探測器件，4-光譜儀，5-計算顯示設備，6-物 鏡組，7-棒鏡組，8-目鏡組，9-單色照明光源，10-導線，11-鏡管，12-主鏡體，13-供電通道。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖并舉實施例，對本實用新型進行詳細描述。
[0030] 作為一種光譜硬管內窺鏡系統，本實用新型采用圖像信息處理與光譜分析結合的 方法，首先通過硬管內窺鏡1進行探查，然后分別經過成像探測器件3和光譜儀4進行接收， 將數據傳送給計算設備進行處理得到結果。因此，本實用新型的光譜硬管內窺鏡系統是指 對硬管內窺鏡成像具有分析、處理與顯示功能的所有設備的總和。
[0031] 本實用新型的光譜硬管內窺鏡系統，包括:硬管內窺鏡1、單色照明光源9、分光裝 置2、成像探測器件3、計算顯示設備5 W及光譜儀4。
[0032] 所述硬管內窺鏡1采用單色照明光源9,可分時變換不同顏色，放置于鏡管前端，并 通過電路對其產生不同顏色的工作狀態進行控制。
[0033] 所述計算顯示設備5用于完成圖像數據與光譜數據的計算與處理工作，將處理結 果進行顯示。
[0034] 所述分光裝置2,將硬管內窺鏡1光學成像系統的像方空間的光路分為兩部分。一 部分傳遞給成像探測器件3，另一部分傳遞給光譜儀4。
[0035] 所述成像探測器件3,采集單色光源照射生物體表面的圖像，將圖像輸入計算顯示 設備5供醫護人員直接觀察或進行圖像處理進行觀察。
[0036] 所述光譜儀4,接收生物體組織經過單色光源照射時形成的反射光信號，通過采集 裝置將數據傳輸給計算設備，經過計算設備處理后將單色光源照射生物組織表面反射的光 譜圖樣呈現在顯示設備上，提供生物組織表面的光譜信息，使醫護人員可W在光譜分析的 方法對病理位置進行診斷。
[0037] 本系統工作流程為:硬管內窺鏡1前端的單色光源9點亮后照射待測物體表面，經 過硬管內窺鏡1的光學系統成像后，輸出光線被分光裝置2分為兩路，其中一路輸入成像探 測器件3,采集圖像并送入計算顯示設備5直接顯示或經過圖像信息處理后顯示。與此同時， 另一路輸入光譜儀4,通過內部電路進行數據處理后將結果傳送給計算顯示設備5,顯示光 源照射待測表面后的光譜圖。醫護人員可W通過顯示設備上的圖像對特定位置進行定性病 理檢驗，對病情進行初步判斷。如果發現該位置確有病情，需要進一步觀察，可通過該位置 在光譜圖樣中包含的頻譜信息進行定量考察，從而全面了解病情。
[0038] 如圖3所示，本實用新型的硬管內窺鏡1采用單管內窺鏡，包括:物鏡組6,棒鏡組7， 目鏡組8,單色光源9,導線10,鏡管11，主鏡體12,供電通道13。供電通道13通過緊貼鏡管11 內表面的導線10為單色光源9供電，如圖4所示，單色照明光源9包括在硬管內窺鏡1前端邊 緣的圓環面上均布的6個Lm)忍片，產生相同顏色的光，光的顏色為紅色(或紅外）、綠色或藍 色，也可W根據實際用途對光源的顏色及數目進行調整。考慮到2個對稱的Lm)忍片的發光 亮度可能不足，例如較細的硬管鏡時，可W將6個Lm)忍片設置成相同的顏色，具體顏色也根 據用途進行選擇。
[0039] 如圖5所示，控制電路包括直流電源、限流電阻W及Ξ個開關;分別用Ξ個開關控 制Ξ個并聯的單色光源，各開關的一端通過限流電阻接直流電源的正端，開關的另一端接 一組相同顏色的Lm)忍片后接直流電源的負端。設置限流電阻，減小負載端電流，防止損壞 單色照明光源9,并可W根據實際用途增加光源亮度控制電路。
[0040] 本實用新型的計算顯示設備5還包含增強硬管內窺鏡1圖像質量的圖像信息處理 功能，主要為：圖像降噪、圖像增強、圖像融合等，每一類中包含多種處理方法。本實用新型 列舉兩種圖像融合的方法:線性加權融合法、主成分分析融合法。
[0041] 線性加權融合是對兩幅相同尺寸的圖像的對應像素點進行加權疊加。加權融合表 達式如下：
[0042]
[0043] 主成分分析融合法的目的是通過主成分分析確定加權融合系數，最后采用運兩個 系數對圖像進行線性加權融合。采用此方法是為了獲取一個最優加權融合系數，從而使融 合后的圖像質量最佳。主成分分析融合法的步驟為：
[0044] 1、根據原始圖像數據矩陣X，求出它的協方差矩陣投。
[0045] 2、計算協方差矩陣E的特征值和特征向量。
[0046] 3、計算協方差矩陣ε的特征值和特征向量，將特征值由大到小排列后，將每個特征 值對應的特征向量依照此順序構建變換矩陣:Τ，并對的列向量進行單位化。
[0047] 4、將變換矩陣Τ與原圖像款進行矩陣乘法運算》Τ 'X，Υ的行向量就是圖像中各 主成分分量。
[004引5、通過主成分分量確定加權系數。
[0049] 綜上所述，W上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的 保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包 含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種光譜硬管內窺鏡系統，其特征在于，包括硬管內窺鏡（1)、分光裝置(2)、成像探 測器件(3)、計算顯示設備(5)以及光譜儀(4); 所述硬管內窺鏡（1)采用單色的照明光源(9)，用于對待觀察的生物體組織進行單色光 照明； 所述分光裝置(2)將硬管內窺鏡（1)接收的所述生物體組織表面反射的光分為兩部分， 一部分傳遞給成像探測器件(3)，另一部分傳遞給光譜儀(4); 所述成像探測器件（3)，采集所述生物體組織表面的圖像，將圖像輸入計算顯示設備 (5)； 所述光譜儀(4)，接收生物體組織表面反射的光，并形成光譜數據，并將其傳輸給計算 顯示設備(5); 所述計算顯示設備（5)顯示所述生物體組織表面的圖像，供醫護人員直接觀察；同時， 依據所述光譜數據得到生物體組織的光譜圖樣，供醫護人員對病理位置進行診斷。2. 如權利要求1所述的一種光譜硬管內窺鏡系統，其特征在于，所述照明光源(9)置于 所述硬管內窺鏡(1)的前端。3. 如權利要求2所述的一種光譜硬管內窺鏡系統，其特征在于，所述照明光源(9)包括N 個LED芯片，分布于所述硬管內窺鏡(1)的前端邊緣的圓環面上。4. 如權利要求3所述的一種光譜硬管內窺鏡系統，其特征在于，所述照明光源(9)的單 色光顏色至少為紅、綠、藍色的其中一種。5. 如權利要求4所述的一種光譜硬管內窺鏡系統，其特征在于，所述照明光源(9)可分 時變換不同顏色。6. 如權利要求5所述的一種光譜硬管內窺鏡系統，其特征在于，所述照明光源(9)包括 在硬管內窺鏡（1)前端邊緣的圓環面上均布的6個LED芯片，互為中心對稱的兩個LED芯片為 一組，產生相同顏色的單色光。7. 如權利要求3或4所述的一種光譜硬管內窺鏡系統，其特征在于，還包括控制電路;該 控制電路包括直流電源、限流電阻以及三個開關;各開關的一端通過限流電阻接直流電源 的正端，開關的另一端接一組相同顏色的LED芯片后接直流電源的負端。8. 如權利要求1、2、3或4所述的一種光譜硬管內窺鏡系統，其特征在于，所述硬管內窺 鏡（1)為單管內窺鏡，包括在鏡管（11)中從前到后依次布置在鏡管（11)內部的物鏡組(6)、 棒鏡組(7)、目鏡組(8)、主鏡體（12)以及供電通道（13);供電通道（13)通過緊貼鏡管（11)內 表面的導線（10)為照明光源(9)供電。9. 如權利要求1所述的一種光譜硬管內窺鏡系統，其特征在于，所述計算顯示設備(5) 對不同顏色照明光源所成的生物體組織表面圖像進行如下處理技術，包括：圖像降噪、圖像 增強以及圖像融合。10. 如權利要求9所述的一種光譜硬管內窺鏡系統，其特征在于，所述計算顯示設備(5) 的圖像融合采用主成分分析融合法或線性加權融合法。
【文檔編號】A61B1/00GK205493762SQ201521105737
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年12月28日
【發明人】劉小華, 王夏天, 董立泉, 程德文, 黃慶梅, 趙達尊, 袁野
【申請人】北京威斯頓亞太光電儀器有限公司