專利名稱：一種三維內(nèi)窺鏡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種可實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字診斷的內(nèi)窺鏡裝置，屬于深入物體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)三維測(cè)量的輔助裝備。
背景技術(shù)：
內(nèi)窺鏡是一種可深入物體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)診斷的光學(xué)裝置，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是可以經(jīng)人體的天然孔道，或者是經(jīng)手術(shù)做的小切口進(jìn)入人體內(nèi)進(jìn)行手術(shù)操作的醫(yī)學(xué)輔助設(shè)備。以內(nèi)窺鏡技術(shù)為依托，醫(yī)生可以最小的切口路徑和最少的組織損傷完成對(duì)患者體內(nèi)病灶的觀察、診斷及治療，并可有效減少手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生，提高患者術(shù)后康復(fù)速度。因此，內(nèi)窺鏡微創(chuàng)手術(shù)正逐步成為疾病診斷和治療的重要手段。但由于經(jīng)過(guò)內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)的投影作用，真實(shí)世界的三維場(chǎng)景被映射為電子成像器件上的二維圖像，醫(yī)生無(wú)法直接獲得病變組織附近的三維位置信息。這就需要醫(yī)生在實(shí)際操作時(shí)首先需要完成手術(shù)器械位置跟蹤和三維場(chǎng)景恢復(fù)兩個(gè)任務(wù)，才能進(jìn)一步完成手術(shù)操作。因此，醫(yī)生必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的長(zhǎng)期訓(xùn)練才能安全可靠地進(jìn)行手術(shù)操作，使得內(nèi)窺鏡微創(chuàng)手術(shù)的推廣存在一定困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種可實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺鏡三維測(cè)量的裝置，其構(gòu)成主要包括內(nèi)窺鏡、圖像傳感器(5)、計(jì)算單元(6)、光纖維束(7)、照明光源(8)、空間光調(diào)制器(10)及其耦合透鏡(9) (I I)等部分構(gòu)成，其中內(nèi)窺鏡包括內(nèi)窺鏡鏡組(I) (2)、分光鏡(3)及其鏡管支架(4)構(gòu)成，其特征在于本裝置采用的照明光纖為光導(dǎo)纖維束，在計(jì)算機(jī)控制空間光調(diào)制器(10)生成結(jié)構(gòu)光圖像經(jīng)透鏡組照明光纖維束(7);光纖維束(7)出射端面與圖像傳感器(5)均位于觀測(cè)物體的共軛位 置；圖像傳感器(5)同步記錄反射光照?qǐng)D像，完成解碼操作，并根據(jù)立體視覺(jué)原理恢復(fù)物體三維形貌；所獲得的三維數(shù)據(jù)可顯示在圖像顯示器上供醫(yī)生觀察，也可輔助醫(yī)生完成內(nèi)窺鏡下的物體的三維表面測(cè)量，及評(píng)估檢查區(qū)域的三維尺寸大小，以完成輔助定位等操作。與其他三維內(nèi)窺鏡系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)既可提供常規(guī)檢查，也可提供物體客觀三維數(shù)據(jù)信息，有利于和其他醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維配準(zhǔn)，使醫(yī)生獲得圖像所處的三維位置信息。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更能明顯易懂，下文特舉一個(gè)實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。概要說(shuō)明本發(fā)明的裝置及使用示例。其中(I) (2)是內(nèi)窺鏡鏡組，(3)是分光鏡，可將照明光引入，并將物體的像成到圖像傳感器上，(4)是內(nèi)窺鏡的鏡管支架，(5)是圖像傳感器，其輸出經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出到計(jì)算單元，(6)是計(jì)算單元，可以為計(jì)算機(jī)或者數(shù)字信號(hào)處理器等，(7)是光纖維束，(8)是照明光源，(9)是耦合透鏡，將照明光源(8)的光照射到空間光調(diào)制器上，(10)是空間光調(diào)制器，(11)是耦合透鏡，可將空間光調(diào)制器的發(fā)射或投射光耦合到光纖維束上。圖2為光纖維束(7)經(jīng)分光鏡(3)鏡像后與圖像傳感器(5)的位置關(guān)系，用于表明系統(tǒng)的等效測(cè)量原理。圖3是空間光調(diào)制器(10)為投射式時(shí)的三維內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)框圖。圖4是采用光纖維束(7)直接導(dǎo)光至內(nèi)窺鏡前端時(shí)的三維內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)例，對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定?？臻g光調(diào)制器(10)反射照明光源(8)的經(jīng)耦合透鏡(9)的準(zhǔn)直光束，并形成格雷碼、二進(jìn)制碼、彩色編碼圖像，經(jīng)耦合透鏡(11)照射到光纖維束(7)的端面上，該光纖維束可將照射的編碼圖像傳輸?shù)匠錾涠嗣嫔?，其出射端面與圖像傳感器(5)相對(duì)于內(nèi)窺鏡透鏡組(I) (2)的像距一致，但在垂直光軸方向上有橫向位移及空間旋轉(zhuǎn)以形成視差，從光纖維束(7)出射端面形成的編碼照射圖像經(jīng)分光鏡(3)轉(zhuǎn)折90度角，并經(jīng)過(guò)內(nèi)窺鏡鏡組(I) (2)照射觀察部位，其反射光經(jīng)內(nèi)窺鏡鏡組(I) (2)及分光鏡(3)后成像在圖像傳感器(5)上，計(jì)算單元(6)同步解碼編碼結(jié)構(gòu)光，根據(jù)事先標(biāo)定的光纖維束(7)與圖像傳感器(5)的位置姿態(tài)信息求解照射區(qū)域的三維表面結(jié)構(gòu)信息，并顯示在計(jì)算單元(6)的顯示設(shè)備上。當(dāng)需要普通二維圖像觀察時(shí)，可控制空間光調(diào)制器(10)生成標(biāo)準(zhǔn)白光照明圖案，則圖像傳感器(5)可獲得標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)窺鏡的圖像`，滿足醫(yī)生常規(guī)檢查需要。
權(quán)利要求
1.一種三維內(nèi)窺鏡裝置，其中(I) (2)是內(nèi)窺鏡鏡組，(3)是分光鏡，(4)是內(nèi)窺鏡的鏡管支架，(5)是圖像傳感器，(6)是計(jì)算單元，(7)是光纖維束，(8)是照明光源，(9) (11) 是耦合透鏡，(10)是空間光調(diào)制器。其特征在于可通過(guò)空間光調(diào)制器(10)將結(jié)構(gòu)光照射到光纖維束(7)上，通過(guò)光纖可彎曲傳播到光纖維束出射端面處，并經(jīng)分光鏡(3)及內(nèi)窺鏡鏡組(I) (2)照射到待檢查區(qū)域，其反射光可成像到圖像傳感器(5)上，經(jīng)同步采集結(jié)構(gòu)光反射圖像并計(jì)算后可恢復(fù)出物體的三維表面結(jié)構(gòu)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維內(nèi)窺鏡裝置，其特征在空間光調(diào)制器(10)通過(guò)照射均勻光照，可提供常規(guī)二維內(nèi)窺鏡的檢查操作，使用戶可通過(guò)控制空間光調(diào)制器(10)的工作模式使該裝置在二維和三維成像模式間切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維內(nèi)窺鏡裝置，其照明光既可通過(guò)內(nèi)窺鏡鏡組(1)(2) 成像照射檢測(cè)區(qū)域，也可通過(guò)結(jié)構(gòu)化的光纖維束直接導(dǎo)光至內(nèi)窺鏡前端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維內(nèi)窺鏡裝置，該裝置不限制照明光源(8)的構(gòu)成方式，其方式可為白光光源通過(guò)濾色片分時(shí)操作形成照明，也可通過(guò)棱鏡等將多個(gè)單色光源合成白光圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維內(nèi)窺鏡裝置，該裝置不限圖像傳感器(5)的構(gòu)成方式，其方式可為單片彩色圖像傳感器，也可通過(guò)棱鏡分為多個(gè)單色圖像傳感器同步檢測(cè)空間光調(diào)制器(10)的結(jié)構(gòu)光圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維內(nèi)窺鏡裝置，其特征在空間光調(diào)制器(10)可為反射式，也可為透射式。
全文摘要
本發(fā)明目的是提供一種可實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺鏡三維測(cè)量的裝置，其特征在于通過(guò)光纖維束(7)可將空間結(jié)構(gòu)光照射到待檢測(cè)部位上，根據(jù)圖像傳感器(5)同步采集的結(jié)構(gòu)光反射圖像，計(jì)算單元(6)可計(jì)算出待檢測(cè)區(qū)域的三維結(jié)構(gòu)信息，所獲得的三維數(shù)據(jù)既可顯示在圖像顯示器上供醫(yī)生觀察，也可與患者的其他三維數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)供手術(shù)導(dǎo)航使用。此外，該裝置也可通過(guò)控制空間光調(diào)制器(10)投射穩(wěn)定的均勻光照，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的二維內(nèi)窺鏡檢查。
文檔編號(hào)A61B1/05GK103040430SQ20131002765
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者胡曉明, 胡衛(wèi)東, 董斐, 安磊, 周雅, 李勤, 曹群 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)