專利名稱：一種醫(yī)用內(nèi)窺鏡三維成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用電子內(nèi)窺鏡成像設(shè)備，尤其涉及一種醫(yī)用內(nèi)窺鏡三維成像裝置。
背景技術(shù)：
內(nèi)窺鏡成像技術(shù)是應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一種較為典型的成像技術(shù)，在醫(yī)學(xué)診斷及手術(shù)導(dǎo)航方面均具有極高的利用價值?；趦?nèi) 窺鏡成像技術(shù)的微創(chuàng)外科手術(shù)是20世紀(jì)以來醫(yī)療外科手術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一，廣泛地存在于臨床應(yīng)用中。微創(chuàng)外科手術(shù)對視覺反饋的要求很高，內(nèi)窺鏡必須實時反映手術(shù)場景，并且能夠準(zhǔn)確描述手術(shù)工具的運動信息以達(dá)到手術(shù)操作的一致與同步。傳統(tǒng)微創(chuàng)外科手術(shù)中，由于一般內(nèi)窺鏡只能提供二維圖像，無法感知手術(shù)部位深度距離的真實場景信息以及內(nèi)窺鏡與手術(shù)工具在手術(shù)操作空間中的相對位置，醫(yī)生往往需要在手術(shù)過程中多次進(jìn)行嘗試性觸碰組織表面以掌握深度信息，或是依靠個人經(jīng)驗做出判斷，從而增加了誤操作而引發(fā)的組織誤傷等手術(shù)事故的發(fā)生幾率，并導(dǎo)致手術(shù)操作精度的降低。因此，精確的三維可視化場景信息對于增加手術(shù)操作的靈活性、降低誤操作風(fēng)險以及增加手術(shù)工具定位準(zhǔn)確性等方面意義重大，藉此醫(yī)生可以施行很多高難度的手術(shù)，手術(shù)的安全系數(shù)也大大提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于克服目前廣泛應(yīng)用于微創(chuàng)外科手術(shù)內(nèi)窺鏡的二維成像技術(shù)的缺陷，提供一種臨床上能夠進(jìn)行微創(chuàng)外科手術(shù)的三維圖像采集與實時反饋、兼容性強、成本較低的一種醫(yī)用內(nèi)窺鏡三維成像裝置。本發(fā)明的一種醫(yī)用內(nèi)窺鏡三維成像裝置，它包括殼體，在所述的殼體上安裝有CXD相機和圖像光線處理系統(tǒng)，所述的CCD相機能夠通過圖像光線處理系統(tǒng)順序輪換接收光學(xué)成像獲取部分獲取的兩路入射圖像光線中的一路入射圖像光線。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明一種醫(yī)用內(nèi)窺鏡三維成像裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果1.本發(fā)明的內(nèi)窺鏡三維成像裝置，僅使用一個CXD圖像傳感器即可實現(xiàn)三維圖像的獲取，在保證同等功能的前提條件下，與市面上同類產(chǎn)品相比，成本較低。2.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、使用便捷，便于維修與更換，適用于臨床上進(jìn)行微創(chuàng)外科手術(shù)的三維圖像采集與實時反饋，為手術(shù)醫(yī)生及助手帶來方便。3.配合本裝置使用的圖像顯示設(shè)備可選用市面上通用的時分式立體顯示設(shè)備，無需使用專門定制的顯示設(shè)備，兼容性強。


圖1為本發(fā)明的一種醫(yī)用內(nèi)窺鏡三維成像裝置的應(yīng)用示意圖；圖2為本發(fā)明的一種醫(yī)用內(nèi)窺鏡三維成像裝置用于內(nèi)窺鏡的第一種三維成像方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2所示的本發(fā)明裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)放大示意圖；圖4-1和圖4-2為圖3所示的裝置的光路原理示意圖；圖5為本發(fā)明的一種醫(yī)用內(nèi)窺鏡三維成像裝置用于內(nèi)窺鏡的第二種三維成像方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為圖5所示的本發(fā)明裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)放大示意圖；圖7-1和圖7-2為圖6所示的裝置的光路原理示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明加以詳細(xì)說明圖1所示為本發(fā)明的一種醫(yī)用內(nèi)窺鏡三維成像裝置的應(yīng)用示意，由內(nèi)窺鏡1、監(jiān)視系統(tǒng)控制部分2和顯示系統(tǒng)3三個主要部分組成。成像主要依賴于內(nèi)窺鏡鏡身前端裝備的微型圖像傳感器CXD (電荷耦合元件)，將捕獲圖像經(jīng)過處理器處理后，顯示在監(jiān)視系統(tǒng)控制部分2的監(jiān)視器3b的屏幕上，醫(yī)生通過佩戴立體眼鏡3a獲得手術(shù)部位的三維立體視覺信息。內(nèi)窺鏡由光學(xué)成像獲取部分4、照明部分5和三維成像部分6構(gòu)成。本發(fā)明的一種醫(yī)用內(nèi)窺鏡三維成像裝置6，它包括殼體，在所述的殼體上安裝有CXD相機和圖像光線處理系統(tǒng)，所述的CXD相機能夠通過圖像光線處理系統(tǒng)順序輪換接收光學(xué)成像獲取部分獲取的兩路入射圖像光線中的一路入射圖像光線。作為本發(fā)明的一種實施方式，如圖2、3所示，所述的圖像光線處理系統(tǒng)包括安裝在殼體601兩側(cè)的第一棱鏡602和第二棱鏡603,在所述的第一棱鏡、第二棱鏡之間的中間位置安裝有雙面反光鏡604，所述的第一棱鏡設(shè)置在光學(xué)成像獲取部分獲取的兩路入射圖像光線的一個光路上，第二棱鏡設(shè)置在光學(xué)成像獲取部分獲取的兩路入射圖像光線中的另一個光路上，所述的第一棱鏡、第二棱鏡分別用于將兩路入射圖像光線反射形成與兩路圖像光線垂直設(shè)置的第一反射光線、第二反射光線，雙面反光鏡設(shè)置在所述的第一反射光線、第二反射光線的光路上，雙面反光鏡的一面用于將第一反射光線反射形成與第一反射光線垂直設(shè)置的第三反射光線，雙面反光鏡的另一面用于將第二反射光線反射形成與第三反射光線位置相一致設(shè)置的第四反射光線，所述的CCD相機設(shè)置在第三、四反射光線的光路上，在所述的雙面反光鏡的側(cè)壁上安裝有呈十字形設(shè)置的遮光器，所述的雙面反光鏡604與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置相連，所述的遮光器的四個十字端能夠通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的帶動依次與一個安裝在殼體內(nèi)的光電傳感器608的發(fā)光端對應(yīng)設(shè)置,所述的CCD相機609與光電傳感器相連以接收來自光電傳感器的觸發(fā)信號，來自光學(xué)成像獲取部分的圖像光線能夠順序依次通過兩個棱鏡中的一個棱鏡、雙面反光鏡中的一面反射至所述的CCD相機處。所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置包括電機，在所述的電機605的旋轉(zhuǎn)軸上安裝有主動傘齒輪606，所述的主動傘齒輪606與安裝在雙面反光鏡上的被動傘齒輪607嚙合配合。當(dāng)然，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置也可以為絲傳動、鏈傳動或帶傳動的形式。本裝置中第一棱鏡602用于反射來自鏡頭401捕獲的光線,第二棱鏡603用于反射來自鏡頭402捕獲的光線。固連在殼體601上的電機605提供原動力，帶動一對齒輪606、607使雙面反光鏡604保持一個方向旋轉(zhuǎn)的連續(xù)運動。安裝在殼體601上的光電傳感器608作為觸發(fā)信號檢測元件，光電傳感器上的遮光點每被遮光器的四個十字端中的一端遮光一次，觸發(fā)控制信號，控制系統(tǒng)立刻做出反應(yīng)，啟動電子快門使CCD相機609記錄此時刻的圖像。圖4_1和4-2顯不了第一種技術(shù)方案的圖像獲取原理。如圖4_1所不,設(shè)光線A由鏡頭401所捕獲并由第一棱鏡602反射至反光鏡604處；光線B由鏡頭402所捕獲并由第二棱鏡603反射至反光鏡604處。反光鏡604保持順時針方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)至與光路夾角為-45°時，只有光線A被反光鏡反射至CCD相機609處，同時光電傳感器608觸發(fā)，控制系統(tǒng)發(fā)送指令啟動電子快門使CXD相機609截取鏡頭401捕獲的一幅圖像并發(fā)送至圖像處理系統(tǒng)，此時光線B未通過反射進(jìn)入(XD相機；下一時刻如圖4-2所不，當(dāng)反光鏡旋轉(zhuǎn)至與光路夾角為45°時，只有光線B被反光鏡反射至CCD相機609處，同時光電傳感器607觸發(fā)，控制系統(tǒng)發(fā)送指令啟動電子快門使CXD相機609截取鏡頭402捕 獲的一幅圖像并發(fā)送至圖像處理系統(tǒng)，此時光線A未通過反射進(jìn)入CXD相機609。圖像處理系統(tǒng)將兩次發(fā)送而來的圖像進(jìn)行處理后形成一幀三維圖像通過傳輸設(shè)備傳送至顯示器3。設(shè)定電機605帶動反光鏡604以1/15秒每圈的速度旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)45° (XD609捕獲一幅圖片，故反光鏡旋轉(zhuǎn)一圈，(XD609向處理器發(fā)送兩組圖片(每組兩幅)，并最終由顯示器顯示兩幀三維圖像，則手術(shù)醫(yī)生可以觀看到以30幀每秒的速度播放的具有三維立體效果的手術(shù)場景。圖5、6所示為本發(fā)明第二種技術(shù)方案的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；所述的圖像光線處理系統(tǒng)包括安裝在殼體901兩側(cè)的第一偏振片902和第二偏振片903,在所述的第一偏振片后方與之間隔安裝有第一棱鏡904,在所述的第二偏振片后方與之間隔安裝有第二棱鏡905,在所述的第一棱鏡、第二棱鏡之間的中間位置安裝有第三棱鏡906，在所述的第三棱鏡的后方依次間隔安裝有液晶濾光片907、第三偏振片908和CCD相機909，所述的第一偏振片和第一棱鏡依次設(shè)置在光學(xué)成像獲取部分獲取的一路入射圖像光線的光路上，所述的第二偏振片和第二棱鏡依次設(shè)置在光學(xué)成像獲取部分獲取的另一路入射圖像光線的光路上，所述的第一棱鏡、第二棱鏡分別用于將兩路入射圖像光線反射形成與兩路入射圖像光線垂直設(shè)置的第一反射光線、第二反射光線，第三棱鏡設(shè)置在第一反射光線、第二反射光線的光路上，第三棱鏡的一面用于將第一反射光線反射形成第三反射光線，第三棱鏡的另一面用于將第二反射光線反射形成第四反射光線，所述的液晶濾光片907、第三偏振片908和CCD相機909設(shè)置在第三反射光線和第四反射光線的光路上，所述的液晶濾光片與激勵裝置相連。來自光學(xué)成像獲取部分的圖像光線能夠順序依次通過第一偏振片、第一棱鏡、第三棱鏡、液晶濾光片、第三偏振片進(jìn)入CCD相機或者依次通過第二偏振片、第二棱鏡、第三棱鏡、液晶濾光片、第三偏振片進(jìn)入CXD相機。來自鏡頭701、702捕獲的兩組光線首先經(jīng)過與內(nèi)窺鏡殼體901相固連的第一偏振片902、第二偏振片903后形成單向偏振光(二者偏振相位相互垂直)，經(jīng)第一棱鏡904、第二棱鏡905與第三棱鏡906反射，通過液晶濾光片907后到達(dá)偏振片908處。液晶濾光片907未經(jīng)模擬信號激勵時，兩組光線透過濾光片不發(fā)生任何變化，最終與第三偏振片908偏振相位相同的光線被CCD相機909捕獲。下一時刻，當(dāng)液晶濾光片907經(jīng)模擬信號激勵后，其內(nèi)部晶相發(fā)生了改變，使得通過濾光片的兩組光線各自的偏振方向與通過濾光片之前正好相反，最終與第三偏振片908偏振方向相同的光線被CCD相機909捕獲。前后兩個采集時刻CCD相機所捕獲的圖像來自于兩個不同的鏡頭。圖7-1和圖7-2所示為第二種技術(shù)方案的圖像獲取原理。如圖7-1所示，設(shè)光線C由鏡頭701所捕獲，通過第一偏振片902后成為單向偏振光(假定偏振方向為橫向)，并經(jīng)過第一棱鏡904、第三棱鏡906反射后透過液晶濾光片907到達(dá)第三偏振片908處；設(shè)光線D由鏡頭702所捕獲，通過第二偏振片903后成為單向偏振光(假定偏振方向為縱向)，并經(jīng)過第二棱鏡905、第三棱鏡906反射后透過液晶濾光片907到達(dá)第三偏振片908處。第一偏振片902與第三偏振片908的偏振方向相同(均為橫向),與第二偏振片903的偏振方向相反。液晶濾光片907未經(jīng)模擬信號激勵時，因光線C的偏振方向與第三偏振片908的偏振方向相同，故可以通過第三偏振片908被CXD相機909捕獲并發(fā)送至圖像處理系統(tǒng)，而光線D由于偏振方向與第三偏振片908的偏振方向垂直而被過濾掉，即此時CCD相機捕獲的是來自鏡頭701的圖像；下一時刻，液晶濾光片經(jīng)模擬信號激勵，其內(nèi)部晶相發(fā)生改變，導(dǎo)致光線C、D通過后各自的偏振方向與原來相反(光線C的偏振方向由橫向變成縱向,光線D的偏振方向由縱向變成橫向)，此時光線D的偏振方向與第三偏振片908的一致,從而可通過第三偏振片908最終被CXD相機909捕獲并發(fā)送至 圖像處理系統(tǒng)，而光線C由于偏振方向與第三偏振片908的偏振方向垂直而被過濾掉，即此時CXD相機捕獲的是來自鏡頭702的圖像。圖像處理系統(tǒng)接收CXD相機909連續(xù)傳來的兩幅圖像，經(jīng)處理后形成一幀三維圖像通過傳輸設(shè)備傳送至顯示器3。控制系統(tǒng)以1/30秒每次的頻率控制模擬信號對液晶濾光片907做著“啟-停-啟-?！钡姆磸?fù)性激勵動作，同時對CCD相機909捕獲得來的連續(xù)兩幅圖片進(jìn)行處理后由顯示器顯示為一幀三維圖像，則手術(shù)醫(yī)生可以觀看到以30幀每秒的速度播放的具有三維立體效果的手術(shù)場景。以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，采用其它形式的傳動、驅(qū)動裝置以及連接方式不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)用內(nèi)窺鏡三維成像裝置，它包括殼體，其特征在于在所述的殼體上安裝有CXD相機和圖像光線處理系統(tǒng)，所述的CXD相機能夠通過圖像光線處理系統(tǒng)順序輪換接收光學(xué)成像獲取部分獲取的兩路入射圖像光線中的一路入射圖像光線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用內(nèi)窺鏡三維成像裝置，其特征在于所述的圖像光線處理系統(tǒng)包括安裝在殼體兩側(cè)的第一棱鏡和第二棱鏡，在所述的第一棱鏡、第二棱鏡之間的中間位置安裝有雙面反光鏡，所述的第一棱鏡設(shè)置在光學(xué)成像獲取部分獲取的兩路入射圖像光線的一個光路上，第二棱鏡設(shè)置在光學(xué)成像獲取部分獲取的兩路入射圖像光線中的另一個光路上，所述的第一棱鏡、第二棱鏡分別用于將兩路入射圖像光線反射形成與兩路入射圖像光線垂直設(shè)置的第一反射光線、第二反射光線，雙面反光鏡設(shè)置在所述的第一反射光線、第二反射光線的光路上，雙面反光鏡的一面用于將第一反射光線反射形成與第一反射光線垂直設(shè)置的第三反射光線，雙面反光鏡的另一面用于將第二反射光線反射形成與第三反射光線位置相一致設(shè)置的第四反射光線，所述的CCD相機設(shè)置在第三、四反射光線的光路上，在所述的雙面反光鏡的側(cè)壁上安裝有呈十字形設(shè)置的遮光器，所述的雙面反光鏡與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置相連，所述的遮光器的四個十字端能夠通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的帶動依次與一個安裝在殼體內(nèi)的光電傳感器的發(fā)光端對應(yīng)設(shè)置，所述的CCD相機與光電傳感器相連以接收來自光電傳感器的觸發(fā)信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用內(nèi)窺鏡三維成像裝置，其特征在于所述的圖像光線處理系統(tǒng)包括安裝在殼體兩側(cè)的第一偏振片和第二偏振片，在所述的第一偏振片后方與之間隔安裝有第一棱鏡，在所述的第二偏振片后方與之間隔安裝有第二棱鏡，在所述的第一棱鏡、第二棱鏡之間的中間位置安裝有第三棱鏡，在所述的第三棱鏡的后方依次間隔安裝有液晶濾光片、第三偏振片和CCD相機,所述的第一偏振片和第一棱鏡依次設(shè)置在光學(xué)成像獲取部分獲取的一路入射圖像光線的光路上，所述的第二偏振片和第二棱鏡依次設(shè)置在光學(xué)成像獲取部分獲取的另一路入射圖像光線的光路上，所述的第一棱鏡、第二棱鏡分別用于將兩路入射圖像光線反射形成與兩路入射圖像光線垂直設(shè)置的第一反射光線、第二反射光線，第三棱鏡設(shè)置在第一反射光線、第二反射光線的光路上，第三棱鏡的一面用于將第一反射光線反射形成第三反射光線，第三棱鏡的另一面用于將第二反射光線反射形成第四反射光線，所述的液晶濾光片、第三偏振片和CCD相機設(shè)置在第三反射光線和第四反射光線的光路上，所述的液晶濾光片與激勵裝置相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種醫(yī)用內(nèi)窺鏡三維成像裝置，它包括殼體，在所述的殼體上安裝有CCD相機和圖像光線處理系統(tǒng)，所述的CCD相機能夠通過圖像光線處理系統(tǒng)順序輪換接收光學(xué)成像獲取部分獲取的兩路入射圖像光線中的一路入射圖像光線。本發(fā)明有益效果1.本發(fā)明的內(nèi)窺鏡三維成像裝置，僅使用一個CCD圖像傳感器即可實現(xiàn)三維圖像的獲取，在保證同等功能的前提條件下，與市面上同類產(chǎn)品相比，成本較低。2.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、使用便捷，便于維修與更換，適用于臨床上進(jìn)行微創(chuàng)外科手術(shù)的三維圖像采集與實時反饋，為手術(shù)醫(yī)生及助手帶來方便。
文檔編號A61B1/05GK103006170SQ20121054325
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月16日
發(fā)明者王樹新, 蘇赫, 梁科, 李建民 申請人:天津大學(xué)