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醫(yī)用電子內(nèi)窺鏡:視光信號測量與傳輸

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醫(yī)用電子內(nèi)窺鏡:視光信號測量與傳輸

發(fā)布日期:2020-05-12 作者: 點(diǎn)擊:


內(nèi)窺鏡的一般組成


對于目前常用內(nèi)窺鏡,其組成一般包括以下成分:


光學(xué)部分


1.硬式內(nèi)窺鏡:由透鏡 、棱鏡、反光鏡等組成光學(xué)通路,將物鏡所示的像成在目鏡上,較新型設(shè)計為微小自聚焦內(nèi)窺鏡;


2.柔軟式內(nèi)窺鏡/光學(xué)纖維內(nèi)窺鏡:傳導(dǎo)方式為使用光纖,可以在一定程度上彎曲;


3.電子內(nèi)窺鏡:使用微型圖像傳感器(CCD/CMOS)將光信號轉(zhuǎn)化為電信號,再由電纜等傳輸;


電子部分


常用于電子顯微鏡的圖像處理部分,用作傳感器與顯示器的連接;也可用于在硬/軟式內(nèi)窺鏡的目鏡部分安置攝像頭,將圖像轉(zhuǎn)換為易于觀察的形式;


機(jī)械部分


對腸鏡等內(nèi)窺鏡來說,對病灶的觀察需要機(jī)械部分調(diào)整傳感器的位置,以達(dá)成最佳的觀察效果;對微創(chuàng)手術(shù)來說,機(jī)械部分包括核心的手術(shù)執(zhí)行部分;




工作過程與其他附屬部分


感光


透鏡/微型圖像傳感器感受光線,將光/電信號發(fā)送給傳輸通路。


傳輸


光通道/光纖/電纜將信號傳輸給顯示系統(tǒng)。


調(diào)整


醫(yī)生根據(jù)傳輸回的圖像具體狀況,實(shí)時調(diào)整感光設(shè)備位置。


成像


針對最后傳輸回的圖像,進(jìn)行診斷等操作。


特別的!

由于體內(nèi)長期處于無光狀態(tài),針對可視光信號的檢測常常需要外加光源;對于光纖這類全反射原理傳光的光線傳輸系統(tǒng)來說,光學(xué)結(jié)構(gòu)有特定的要求,要對光源位置進(jìn)行一定的設(shè)計;


     


內(nèi)窺鏡在微創(chuàng)手術(shù)中有不可替代的作用,由于其在物理層面上直達(dá)病灶,因此可以在內(nèi)窺鏡上配置直接作用于病灶的給藥裝置,或通過內(nèi)窺鏡在微創(chuàng)下對體內(nèi)進(jìn)行切除、縫合等手術(shù)操作;






設(shè)計與應(yīng)用


實(shí)例一:膠囊式內(nèi)窺鏡


將成像元件、光源、CPU、發(fā)射裝置等集成于膠囊型透明外殼內(nèi),在患者吞服膠囊過程后即可記錄其在腸道中所記錄的影像,然后由發(fā)射裝置通過無線電信號傳輸?shù)斤@示器中來診斷患者腸道是否有腫瘤或其他問題。在發(fā)展上可將膠囊中成像元件設(shè)計成旋轉(zhuǎn)型,可以最大限度全面拍攝消化道;通過穿戴嵌有線圈的背心,可以產(chǎn)生磁場,以控制膠囊移動,在此基礎(chǔ)上可以加入給藥裝置進(jìn)行無創(chuàng)藥物治療;



實(shí)例二:內(nèi)窺鏡手術(shù)


在腹腔鏡、胸腔鏡等內(nèi)窺鏡的幫助下,醫(yī)生通過微小的創(chuàng)口介入人體并實(shí)施手術(shù),造成創(chuàng)口小、恢復(fù)快、出血少。可對鼻、胃、腸、氣管、脊椎等位置進(jìn)行腫瘤的切除或神經(jīng)的連接等手術(shù)操作。發(fā)展上基于圖像模板匹配和邊緣檢測等圖像處理,在手術(shù)過程中實(shí)時標(biāo)注手術(shù)器械與腫瘤位置,方便手術(shù)過程;聯(lián)合顯微鏡的使用,在脊椎等位置進(jìn)行極微小創(chuàng)口的手術(shù);





系統(tǒng)評價


優(yōu)點(diǎn)


提供了新的診斷工具;


提供了新的物理接觸患病位置的工具;


使醫(yī)生對病灶的觀察無需大創(chuàng)口;


是微創(chuàng)手術(shù)的必要儀器;


缺點(diǎn)


對無自然通道的部位缺乏觀察力;


可操作性不夠好;


與先進(jìn)的圖像處理算法結(jié)合程度低;


手術(shù)視野狹窄,對醫(yī)生要求高;


發(fā)展要點(diǎn)


微型化:由于新材料、新技術(shù)的使用,光學(xué)傳感器與光纖進(jìn)一步縮小,使內(nèi)窺鏡更加微型化成為可能,使接觸邊界擴(kuò)展到各類腺體等更微小的結(jié)構(gòu)中


操作性:無論是連接體外的內(nèi)窺鏡還是膠囊內(nèi)窺鏡,都會受人體肌肉影響,操作性降低,而新的微型電機(jī)與運(yùn)動算法將使內(nèi)窺鏡的操作更簡便


智能化:通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計與新算法的應(yīng)用,可以嘗試加強(qiáng)對內(nèi)窺鏡所成像的分析,豐富內(nèi)窺鏡功能


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