[發明專利]一種三維內窺鏡裝置

無效

• 申請號: 201310027653.4
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103040430A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 胡曉明;胡衛東;董斐;安磊;周雅;李勤;曹群
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61B1/05
• 分類號: A61B1/05;A61B1/07
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是一種可實現三維數字診斷的內窺鏡裝置，屬于深入物體內部實現三維測量的輔助裝備。

背景技術

內窺鏡是一種可深入物體內部實現診斷的光學裝置，在醫學領域是可以經人體的天然孔道，或者是經手術做的小切口進入人體內進行手術操作的醫學輔助設備。以內窺鏡技術為依托，醫生可以最小的切口路徑和最少的組織損傷完成對患者體內病灶的觀察、診斷及治療，并可有效減少手術并發癥的發生，提高患者術后康復速度。因此，內窺鏡微創手術正逐步成為疾病診斷和治療的重要手段。

但由于經過內窺鏡光學系統的投影作用，真實世界的三維場景被映射為電子成像器件上的二維圖像，醫生無法直接獲得病變組織附近的三維位置信息。這就需要醫生在實際操作時首先需要完成手術器械位置跟蹤和三維場景恢復兩個任務，才能進一步完成手術操作。因此，醫生必須經過嚴格的長期訓練才能安全可靠地進行手術操作，使得內窺鏡微創手術的推廣存在一定困難。

發明內容

本發明目的是提供一種可實現內窺鏡三維測量的裝置，其構成主要包括內窺鏡、圖像傳感器（5）、計算單元（6）、光纖維束（7）、照明光源（8）、空間光調制器（10）及其耦合透鏡（9）（11）等部分構成，其中內窺鏡包括內窺鏡鏡組（1）（2）、分光鏡（3）及其鏡管支架（4）構成，其特征在于本裝置采用的照明光纖為光導纖維束，在計算機控制空間光調制器（10）生成結構光圖像經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）均位于觀測物體的共軛位置；圖像傳感器（5）同步記錄反射光照圖像，完成解碼操作，并根據立體視覺原理恢復物體三維形貌；所獲得的三維數據可顯示在圖像顯示器上供醫生觀察，也可輔助醫生完成內窺鏡下的物體的三維表面測量，及評估檢查區域的三維尺寸大小，以完成輔助定位等操作。

與其他三維內窺鏡系統相比，該系統既可提供常規檢查，也可提供物體客觀三維數據信息，有利于和其他醫學數據進行三維配準，使醫生獲得圖像所處的三維位置信息。

附圖說明

為讓本發明的上述目的、特征和優點更能明顯易懂，下文特舉一個實施例，并配合附圖，詳細說明如下：

圖1為系統結構框圖。概要說明本發明的裝置及使用示例。其中（1）（2）是內窺鏡鏡組，（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）是內窺鏡的鏡管支架，（5）是圖像傳感器，其輸出經模數轉換輸出到計算單元，（6）是計算單元，可以為計算機或者數字信號處理器等，（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制器上，（10）是空間光調制器，（11）是耦合透鏡，可將空間光調制器的發射或投射光耦合到光纖維束上。

圖2為光纖維束（7）經分光鏡（3）鏡像后與圖像傳感器（5）的位置關系，用于表明系統的等效測量原理。

圖3是空間光調制器（10）為投射式時的三維內窺鏡結構框圖。

圖4是采用光纖維束（7）直接導光至內窺鏡前端時的三維內窺鏡結構框圖。

具體實施方式

下面結合附圖與實例，對本發明做更進一步詳細說明。在此，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，但不作為對本發明的限定。

空間光調制器（10）反射照明光源（8）的經耦合透鏡（9）的準直光束，并形成格雷碼、二進制碼、彩色編碼圖像，經耦合透鏡（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到出射端面上，其出射端面與圖像傳感器（5）相對于內窺鏡透鏡組（1）（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分光鏡（3）轉折90度角，并經過內窺鏡鏡組（1）（2）照射觀察部位，其反射光經內窺鏡鏡組（1）（2）及分光鏡（3）后成像在圖像傳感器（5）上，計算單元（6）同步解碼編碼結構光，根據事先標定的光纖維束（7）與圖像傳感器（5）的位置姿態信息求解照射區域的三維表面結構信息，并顯示在計算單元（6）的顯示設備上。

當需要普通二維圖像觀察時，可控制空間光調制器（10）生成標準白光照明圖案，則圖像傳感器（5）可獲得標準內窺鏡的圖像，滿足醫生常規檢查需要。