專利名稱：三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)用器械，具體涉及一種利用多CXD陣列進(jìn)行立體影像重構(gòu)的三維立 體電子十二指腸鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
CCD (Charge-Coupled Device，電荷耦合器件)是可用于立體相機(jī)的一種重要組成 部分。它是一種光敏半導(dǎo)體器件，其上的感光單元將接收到的光線轉(zhuǎn)換為電荷量，而且電荷 量大小與入射光的強(qiáng)度成正比。CCD圖像傳感器的技術(shù)極為成熟，可以根據(jù)需要拼接成任 何形狀的陣列。1999年富士公司推出超級CCD技術(shù)，在與普通CCD相同面積和感光單元數(shù) 目的情況下，其分辨率提高60%，動態(tài)范圍提高130%，色彩再現(xiàn)能力提高40 %，能耗下降 40%，進(jìn)一步提高了 CXD的功能。CXD的感光單元尺寸不斷在減少，目前已經(jīng)有報道的感光 單元尺寸僅為0. 5 μ m，進(jìn)入了亞微米時代，CCD將會圍繞著高分辨率、高讀出速度、低成本、 微型化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、多光譜應(yīng)用和3D照相等方面進(jìn)一步發(fā)展。矩陣排列的感光單元構(gòu)成的 面陣CXD可傳感圖像。C⑶現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)中，同時也在天文望遠(yuǎn) 鏡、掃描儀和條形碼讀取器中有應(yīng)用?！版隙鸲枴笔褂?6條線CCD陣列對同一目標(biāo)采樣， 最后把信號全都累加。很暗的目標(biāo)、分辨率很高的目標(biāo)，“嫦娥二號”都能照出來，其分辨率 能達(dá)到1米。目前所使用的內(nèi)窺鏡，可以分為單目和雙目鏡，單目內(nèi)窺鏡是由一個光學(xué)系統(tǒng)成 像，醫(yī)生可以通過目鏡端直接使用眼睛進(jìn)行觀察，但是由于是單目鏡，只能獲得物體一個角 度的影像，就像使用單個眼睛看物體一樣的效果，物體缺乏立體感和距離感。醫(yī)生使用單 目內(nèi)窺鏡進(jìn)行手術(shù)，由于單目鏡成平面的圖像，缺乏立體的感知，所以需依賴醫(yī)生的技術(shù)水 平。一些體視內(nèi)窺鏡，使用的是雙目鏡結(jié)構(gòu)，其內(nèi)窺鏡前端可以是一個鏡頭或者兩個 鏡頭，物體的影像通過兩個目鏡輸出，醫(yī)生通過雙目鏡可以觀察到與人眼類似物體的立體 影像，也可以通過連接特殊的處理主機(jī)和顯示器，通過處理主機(jī)的處理，可以在顯示器中顯 示立體的影像，但是這種影像也是單角度的，具有一定的局限性。雙目鏡立體內(nèi)窺鏡雖然能 得到類似人眼觀察物體的立體感覺，但由于人體腔體的局限，也不能立體地反映出整個手 術(shù)區(qū)域的立體全貌，所以醫(yī)生在使用現(xiàn)行的內(nèi)鏡進(jìn)行手術(shù)時，都要受到視覺上的制約，對于 手術(shù)的開展和提高病癥的治愈率有一定的限制?，F(xiàn)有技術(shù)中，還沒有將CCD陣列概念與十二指腸鏡結(jié)合起來一起應(yīng)用，因此，為了 得到十二指腸腔內(nèi)清晰的三維立體影像，設(shè)計一種將多CCD陣列技術(shù)與十二指腸鏡結(jié)合的 內(nèi)鏡技術(shù)迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)，能 在手術(shù)過程中對十二指腸道進(jìn)行立體三維重構(gòu)，幫助醫(yī)護(hù)人員了解腔內(nèi)病變狀況，為制定處理方案提供更好的圖像依據(jù)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)，包括軟質(zhì)電子十二指腸鏡，所述軟質(zhì)電子 十二指腸鏡包括軟質(zhì)工作端部，所述軟質(zhì)工作端部設(shè)有進(jìn)行三維立體掃描拍攝、顯示全景 三維立體圖像，并對十二指腸進(jìn)行立體影像重構(gòu)的多CXD陣列模塊，所述多CXD陣列模塊包 括至少一設(shè)于該軟質(zhì)工作端部先端部前端面的第一 CCD陣列，以及至少一設(shè)于軟質(zhì)工作端 部先端部外圓表面的第二 CCD陣列。進(jìn)一步，所述軟質(zhì)工作端部的先端部外圓周面套設(shè)有旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體，所述第二 CCD 陣列設(shè)于該旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體上，所述先端部的前端面和旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體上設(shè)有測距器。進(jìn)一步，所述第一 CXD陣列至少包括2個CXD元件，每個CXD元件對應(yīng)一組鏡頭。進(jìn)一步，所述C⑶元件線性排列，每組鏡頭的視場角至少90°。進(jìn)一步，所述第二 CXD陣列至少包括一組CXD陣列，一組CXD陣列包括至少2個 CXD元件及對應(yīng)的鏡頭。進(jìn)一步，所述軟質(zhì)工作端部的外徑小于等于15mm，其先端部長度為8_12mm。進(jìn)一步，所述軟質(zhì)工作端部設(shè)有氣囊，所述氣囊工作的最大直徑小于等于200mm。進(jìn)一步，還包括外部固定支架，該外部固定支架包括精密移動裝置、支架和固定夾 具，該精密移動裝置通過電機(jī)驅(qū)動，該精密移動裝置通過支架、固定夾具和所述軟質(zhì)工作端 部固接。進(jìn)一步，所述軟質(zhì)電子十二指腸鏡還連接有處理數(shù)據(jù)用的處理主機(jī)，以及工作站 組件，所述工作站組件與處理主機(jī)通過數(shù)據(jù)線連接，工作站組件包括監(jiān)視器，工作站主機(jī)以 及控制部件。進(jìn)一步，所述處理主機(jī)的核心部分采用高速的中央處理器和高性能顯卡，用于接 收和處理軟質(zhì)電子十二指腸鏡返回的圖像信息和測距器的數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)包，通過分析數(shù) 據(jù)包的各種數(shù)據(jù)，對腔體圖像進(jìn)行立體重構(gòu)，還原腔體的立體三維圖像。進(jìn)一步，三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)的使用方法(1)軟質(zhì)電子十二指腸鏡的軟質(zhì)工作端部經(jīng)病人口腔內(nèi)導(dǎo)入，緩慢進(jìn)入食管至胃 部，拐進(jìn)十二指腸道；(2)通過多CXD陣列模塊對十二指腸進(jìn)行直線和旋轉(zhuǎn)的掃描拍攝，同時即對十二 指腸道進(jìn)行三維立體掃描拍攝、顯示全景三維立體圖像、并對十二指腸進(jìn)行立體影像重。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明得到關(guān)于十二指腸道內(nèi)的圖像資料，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚碇鳈C(jī)進(jìn)行集中處 理重構(gòu)，重現(xiàn)十二指腸道內(nèi)的立體環(huán)境，十二指腸道的立體圖像對于醫(yī)生以多角度觀察其 內(nèi)在的病變及研究其環(huán)境，制定最合理有效的處理方案，具有實際意義。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖；圖加是本發(fā)明的軟質(zhì)電子十二指腸鏡的結(jié)構(gòu)圖；圖2b是本發(fā)明的氣囊示意圖3是本發(fā)明的軟質(zhì)電子十二指腸鏡的先端部示意圖；圖4是本發(fā)明的軟質(zhì)電子十二指腸鏡的先端部多CCD陣列模塊剖面示意圖；圖5是本發(fā)明的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)的外部固定支架結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)的臨床應(yīng)用示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明所述的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)，包括軟質(zhì)電子十二指 腸鏡1、外部固定支架2、處理主機(jī)3、光源主機(jī)5、工作站組件等，工作站組件包括工作站主 機(jī)4，控制部件6，監(jiān)視器7和外部設(shè)備8等。工作站組件與處理主機(jī)3通過數(shù)據(jù)線連接， 工作站組件包括監(jiān)視器，主機(jī)，控制部件(鍵盤鼠標(biāo)等)，外部設(shè)備(外部儲存器、打印機(jī) 等)，工作站組件的功能是顯示處理主機(jī)輸出的三維立體圖像，分析、儲存數(shù)據(jù)和打印相關(guān) 資料等。處理主機(jī)3的核心部分采用高速的中央處理器和高性能顯卡，用于接收和處理軟 質(zhì)電子十二指腸鏡返回的圖像信息和測距器的數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)包，通過分析數(shù)據(jù)包的各種 數(shù)據(jù)，對腔體圖像進(jìn)行立體重構(gòu)，還原腔體的立體三維圖像。圖加是本發(fā)明的軟質(zhì)電子十二指腸鏡的結(jié)構(gòu)圖，其結(jié)構(gòu)包括軟質(zhì)工作端部11、控 制手把部分13、數(shù)據(jù)接頭端15、器械通道12等，器械通道內(nèi)徑小于等于3. 0mm，光導(dǎo)纖維部 分為軟質(zhì)電子十二指腸鏡1的工作提供足夠光源的傳輸光路，其出口至少分為兩個部分， 一個部分為先端部的前端提供光源，一個部分為先端部圓周360°的范圍提供光源。軟質(zhì)電 子十二指腸鏡1的軟質(zhì)工作端部11采用軟質(zhì)纖維材料制造，其前端具有主動彎曲的功能， 控制部件131設(shè)置在控制手把部分13。軟質(zhì)工作端部11能承受一定的夾取壓力，外部固定 支架2的固定夾具23與軟質(zhì)工作端部11配合，可以控制軟質(zhì)工作端部11以一定的速度運(yùn) 動，配合先端部的多C⑶陣列模塊(151、152、153、154)進(jìn)行十二指腸道9的掃描拍攝。軟 質(zhì)電子十二指腸鏡1的軟質(zhì)工作端部11，外徑小于等于15mm，其前端IOmm為先端部，先端 部設(shè)計有多CCD陣列模塊(151、152、153、154)、光導(dǎo)纖維部分159、器械通道出口 131。參閱 圖2b，先端部后面設(shè)計一個氣囊14，氣囊14工作的直徑小于等于200mm，其作用是固定軟質(zhì) 電子十二指腸鏡1在十二指腸道9內(nèi)的位置，為進(jìn)行十二指腸道9的掃描拍攝創(chuàng)造條件。圖3是軟質(zhì)電子十二指腸鏡的先端部示意圖，軟質(zhì)電子十二指腸鏡1的先端部設(shè) 計有多CCD陣列模塊、光導(dǎo)纖維部分159和氣囊14，氣囊14充氣后的最大直徑小于等于 200mm。光導(dǎo)纖維部分159提供軟質(zhì)電子十二指腸鏡1前端和圓形端面觀察必要的亮度，其 出口至少分為兩個部分，一個部分為先端部的前端提供光源，一個部分為先端部圓周360° 的范圍提供光源。圖4是本發(fā)明的軟質(zhì)電子十二指腸鏡的先端部多CCD陣列模塊剖面示意圖，多CCD 陣列模塊包括先端部端面的第一 CXD陣列151和測距器152，先端部外圓表面的第二 CXD陣 列153及其測距器154。先端部端面的第一 C⑶陣列151，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)最少包括2個C⑶元 件，CCD元件線性排列，每個CCD對應(yīng)一組鏡頭，能同時對同一個腔內(nèi)部分成像，每組鏡頭的 視場角至少90°，C⑶陣列至少具有每秒拍攝5張的速度。測距器152利用激光或者聲波 等的反射原理，對腔體距離、深度進(jìn)行距離的測定。測距器152的工作頻率與CXD陣列的工 作頻率一致，保證數(shù)據(jù)同步，利于進(jìn)行立體重建。先端部外圓表面的第二 C⑶陣列153，至 少包括一組CXD陣列，一組CXD陣列包括至少2個CXD元件及對應(yīng)的鏡頭，能同時對同一個腔內(nèi)部分成像，每組鏡頭的視場角至少90°，C⑶陣列至少具有每秒拍攝5張的速度。一組 CXD陣列的適當(dāng)位置配置一個測距器，其工作頻率與CXD陣列的工作頻率一致，保證數(shù)據(jù)同 步，以利于進(jìn)行立體重建。第二 CXD陣列153安裝在能以軟質(zhì)工作端部11主軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體巧5上，能對腔體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的CCD影像拍攝，旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體155旋轉(zhuǎn)的速度 與外部固定支架2的運(yùn)動速度成比例，以保證腔體內(nèi)的影像能進(jìn)行多角度的無縫結(jié)合。先 端部端面的第一 CXD陣列151和測距器152為固定形式，第一 CXD陣列151的視場角最少 90°，其作用主要是拍攝內(nèi)鏡前端的三維圖像；先端部外圓表面的第二C⑶陣列153和測距 器巧4安裝在內(nèi)鏡先端部的可以繞內(nèi)鏡工作端部主軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體155上，旋轉(zhuǎn)圓 環(huán)載體155通過配合固定在內(nèi)鏡內(nèi)部的固定機(jī)構(gòu)158，可以與固定機(jī)構(gòu)158進(jìn)行平滑的相對 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，第二 CXD陣列153和測距器154的數(shù)據(jù)也通過適當(dāng)傳輸方式經(jīng)數(shù)據(jù)線156傳輸 至處理主機(jī)，旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體155的動力來自于內(nèi)鏡先端部的微型馬達(dá)157，通過傳動結(jié)構(gòu)提 供旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體155繞固定機(jī)構(gòu)158旋轉(zhuǎn)的能量。如圖5所示為本發(fā)明所述的外部固定支架2的結(jié)構(gòu)簡圖。外部固定支架2的作用 是配合軟質(zhì)電子十二指腸鏡1進(jìn)行腔體的CCD陣列掃描，其移動速度與軟質(zhì)電子十二指腸 鏡1先端部的第二 CXD陣列153及其測距器IM旋轉(zhuǎn)掃描拍攝速度成比例。其結(jié)構(gòu)包括固 定夾具23、支架22、精密移動裝置21。固定夾具23用于緊密固定軟質(zhì)電子十二指腸鏡1的 內(nèi)鏡主體部分，支架22連接固定夾具23與精密移動裝置21，精密移動裝置21使用高性能 的電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)的運(yùn)動速度由處理工作站主機(jī)4統(tǒng)一控制。精密移動裝置21傳動方式不 限，可以采用絲桿傳動或者導(dǎo)軌傳動，精密移動裝置21固定在剛性平臺之上。如圖6所示為本發(fā)明所述的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)的臨床應(yīng)用示意圖。軟 質(zhì)電子十二指腸鏡1連接冷光源主機(jī)5及處理主機(jī)3，工作站組件(4、6、7、8)處于正常工 作狀態(tài)，軟質(zhì)電子十二指腸鏡1的軟質(zhì)工作端部11從病人口腔內(nèi)導(dǎo)入，緩慢進(jìn)入食管至胃 部，拐進(jìn)十二指腸道9，要對十二指腸道9進(jìn)行三維立體的掃描拍攝，則需要固定住先端部， 可以通過膨脹氣囊14使得先端部固定在十二指腸道9中間部分，軟質(zhì)工作端部11固定在 外部固定支架2的固定夾具23上，軟質(zhì)電子十二指腸鏡1的數(shù)據(jù)接頭15端外接處理主機(jī) 3和光源主機(jī)5，工作站4與處理主機(jī)3和外部固定支架2通過數(shù)據(jù)線連接。對十二指腸道 9進(jìn)行三維立體掃描的過程中應(yīng)盡量保持十二指腸道9的狀態(tài)穩(wěn)定，同時啟動三維立體電 子十二指腸鏡的多CXD陣列模塊(151、152、153、154)和外部固定支架2，在多CXD陣列模 塊(151、152、153、154)對十二指腸道9進(jìn)行直線和旋轉(zhuǎn)的掃描拍攝的同時，外部固定支架 2做勻速的移動，其速度與第二 CCD陣列153的旋轉(zhuǎn)成比例，測距器將實時測量先端部的第 一 CCD陣列151與十二指腸道9組織的精確距離，多CCD陣列模塊(151、152、153、154)和 測距器的數(shù)據(jù)包通過數(shù)據(jù)線傳輸至處理主機(jī)3、工作站4進(jìn)行計算處理，傳輸至工作站組件 的監(jiān)視器7進(jìn)行三維立體圖像的顯示。本發(fā)明并不局限于上述實施方式，如果對本發(fā)明的各種改動或變形不脫離本發(fā)明 的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā) 明也意圖包含這些改動和變形。
權(quán)利要求
1.一種三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)，包括軟質(zhì)電子十二指腸鏡，所述軟質(zhì)電子十二 指腸鏡包括軟質(zhì)工作端部，其特征在于所述軟質(zhì)工作端部設(shè)有進(jìn)行三維立體掃描拍攝、顯 示全景三維立體圖像，并對十二指腸進(jìn)行立體影像重構(gòu)的多CXD陣列模塊，所述多CXD陣列 模塊包括至少一設(shè)于該軟質(zhì)工作端部先端部前端面的第一 CXD陣列，以及至少一設(shè)于軟質(zhì) 工作端部先端部外圓表面的第二 CCD陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)，其特征在于所述軟質(zhì)工作 端部的先端部外圓周面套設(shè)有旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體，所述第二 CCD陣列設(shè)于該旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體上， 所述先端部的前端面和旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體上設(shè)有測距器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)，其特征在于所述第一CCD 陣列至少包括2個CXD元件，每個CXD元件對應(yīng)一組鏡頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)，其特征在于所述CCD元件 線性排列，每組鏡頭的視場角至少90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)，其特征在于所述第二CCD 陣列至少包括一組CXD陣列，一組CXD陣列包括至少2個CXD元件及對應(yīng)的鏡頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)，其特征在于所述軟質(zhì)工作 端部的外徑小于等于15mm，其先端部長度為8-12mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)，其特征在于所述軟質(zhì)工作 端部設(shè)有氣囊，所述氣囊工作的最大直徑小于等于200mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)，其特征在于還 包括外部固定支架，該外部固定支架包括精密移動裝置、支架和固定夾具，該精密移動裝置 通過電機(jī)驅(qū)動，該精密移動裝置通過支架、固定夾具和所述軟質(zhì)工作端部固接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)，其特征在于所述軟質(zhì)電子 十二指腸鏡還連接有處理數(shù)據(jù)用的處理主機(jī)，以及工作站組件，所述工作站組件與處理主 機(jī)通過數(shù)據(jù)線連接，工作站組件包括監(jiān)視器，工作站主機(jī)以及控制部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)，其特征在于所述處理主機(jī) 的核心部分采用高速的中央處理器和高性能顯卡，用于接收和處理軟質(zhì)電子十二指腸鏡返 回的圖像信息和測距器的數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)包，通過分析數(shù)據(jù)包的各種數(shù)據(jù)，對腔體圖像進(jìn) 行立體重構(gòu)，還原腔體的立體三維圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)的使用方法，其特征在于(1)軟質(zhì)電子十二指腸鏡的軟質(zhì)工作端部經(jīng)病人口腔內(nèi)導(dǎo)入，緩慢進(jìn)入食管至胃部，拐 進(jìn)十二指腸道；(2)通過多CCD陣列模塊對十二指腸進(jìn)行直線和旋轉(zhuǎn)的掃描拍攝，同時即對十二指腸 道進(jìn)行三維立體掃描拍攝、顯示全景三維立體圖像、并對十二指腸進(jìn)行立體影像重構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)用器械，涉及一種利用多CCD陣列進(jìn)行立體影像重構(gòu)的三維立體電子十二指腸鏡系統(tǒng)，其包括軟質(zhì)電子十二指腸鏡，所述軟質(zhì)電子十二指腸鏡包括軟質(zhì)工作端部，所述軟質(zhì)工作端部設(shè)有進(jìn)行三維立體掃描拍攝、顯示全景三維立體圖像，并對十二指腸進(jìn)行立體影像重構(gòu)的多CCD陣列模塊，所述多CCD陣列模塊包括至少一設(shè)于該軟質(zhì)工作端部先端部前端面的第一CCD陣列，以及至少一設(shè)于軟質(zhì)工作端部先端部外圓表面的第二CCD陣列，本發(fā)明得到關(guān)于十二指腸道內(nèi)的圖像資料，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚碇鳈C(jī)進(jìn)行集中處理重構(gòu)，重現(xiàn)十二指腸道內(nèi)的立體環(huán)境，十二指腸道的立體圖像對于醫(yī)生以多角度觀察其內(nèi)在的病變及研究其環(huán)境，制定最合理有效的處理方案，具有實際意義。
文檔編號A61B1/05GK102058383SQ20111003341
公開日2011年5月18日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
發(fā)明者喬鐵 申請人:廣州寶膽醫(yī)療器械科技有限公司