[發(fā)明專利]立體內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611014631.4
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106580236B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王樹新;高元倩
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: A61B1/00
• 分類號: A61B1/00;A61B1/05
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 王麗英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及立體內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)，特別涉及一種微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人下三維立體內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

目前，機(jī)器人輔助手術(shù)操作已經(jīng)成為國際醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域熱點(diǎn)研究方向。其中，機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù)操作以其應(yīng)用范圍廣泛、需求度高等特點(diǎn)成為其中較為突出的研究內(nèi)容。在傳統(tǒng)腔鏡手術(shù)操作中，醫(yī)生通過觀察由單路內(nèi)窺鏡捕獲的2D平面圖像進(jìn)行手術(shù)，操作中醫(yī)生缺乏對手術(shù)環(huán)境的直觀立體感，從而限制醫(yī)生的操作能力，增大手術(shù)工作強(qiáng)度，并降低了手術(shù)操作精度。機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù)操作將三維立體視覺技術(shù)應(yīng)用到微創(chuàng)手術(shù)操作中，為醫(yī)生提供具有深度感知的三維立體視覺成像，并提供整體或局部放大手術(shù)操作視野等功能。該領(lǐng)域的發(fā)展不僅提高了醫(yī)生手術(shù)操作精度，延伸了外科醫(yī)生的操作技能，而且大大縮短外科醫(yī)生接受微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人培訓(xùn)周期，并廣泛應(yīng)用于多種外科手術(shù)中，為更多患有復(fù)雜疾病的病人進(jìn)行成功救治。

目前應(yīng)用于臨床的微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)只有美國Intuitive Surgical公司開發(fā)的daVinci系統(tǒng)，該系統(tǒng)也是當(dāng)前唯一通過美國FDA認(rèn)證的商業(yè)化的人體微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。但該機(jī)器人具有體積大、質(zhì)量重和價格昂貴的缺點(diǎn)。迄今為止，具有立體視覺的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)在國內(nèi)沒有形成商業(yè)化產(chǎn)品，這主要是由于技術(shù)難度大、醫(yī)療認(rèn)證復(fù)雜和成本高等原因。

國內(nèi)有個別單位將立體內(nèi)窺鏡作為單獨(dú)產(chǎn)品做過研究和實(shí)驗(yàn)。所開發(fā)的微創(chuàng)手術(shù)立體內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)包括成像部件、傳像部件、轉(zhuǎn)像部件以及用于接收光線的光敏圖像傳感器CCD或CMOS，光學(xué)零件較多，光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低光纖透過率并影響最終成像質(zhì)量。另外，現(xiàn)有微創(chuàng)手術(shù)立體內(nèi)窺鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)大多數(shù)是在平面內(nèi)窺鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行雙路調(diào)整得到，內(nèi)窺鏡景深范圍、視場角、焦距范圍和內(nèi)窺鏡鏡體工作長度較小，不適合應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)需要較大范圍的景深、較長的鏡體工作長度和較大視場范圍，而且要滿足結(jié)構(gòu)緊湊、裝配工藝簡單和圖像清晰度高的要求。目前，對于立體圖像捕獲有單相機(jī)和雙相機(jī)兩種結(jié)構(gòu)，而雙相機(jī)的光學(xué)結(jié)構(gòu)更加接近人體的雙瞳觀察特點(diǎn)。因此，開發(fā)一套滿足上述微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人立體內(nèi)窺鏡要求，并符合人體雙瞳觀察舒適度的立體內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)非常重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種立體內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有0°和30°的視向角結(jié)構(gòu)、較大視場角、大范圍內(nèi)窺鏡景深、較長鏡體工作長度，并且滿足光學(xué)系統(tǒng)對焦調(diào)整需求。實(shí)現(xiàn)圖像清晰度高，視場空間大，結(jié)構(gòu)緊湊并便于消毒。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的一種立體內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)，它包括沿著鏡管的中心軸線對稱配置的左、右兩路光學(xué)系統(tǒng)，左、右光學(xué)系統(tǒng)從物體側(cè)向成像側(cè)方向均包括成像部件、傳像部件、轉(zhuǎn)像部件和攝像機(jī)模組；

所述的成像部件用于對場景捕獲并且焦距小于2mm；

所述的傳像部件包括至少一組轉(zhuǎn)鏡組，第一轉(zhuǎn)鏡組從物方到像方依次連接有第七膠合透鏡、光闌、間隔管和第八膠合透鏡,第七膠合透鏡與第八膠合透鏡結(jié)構(gòu)完全相同，沿光闌處的成像面對稱放置；第七、第八膠合透鏡沿入射光線傳遞方向包括依次相互膠合相連的第七、第八膠合透鏡的第一子透鏡、第二子透鏡和第三子透鏡，第七、第八膠合透鏡的第一子透鏡面向物方的鏡面為凸面，面向像方的鏡面為凹面，第七、第八膠合透鏡的第二子透鏡為正透鏡，第七、第八膠合透鏡第二子透鏡面向物面的鏡面和像方的鏡面均為凸面，第七、第八膠合透鏡的第三子透鏡面向物方的鏡面為凹面，面向像方為凸面，所述的第七、第八膠合透鏡的第二子透鏡的兩個凸面分別與第七、第八膠合透鏡的第一子透鏡的凹面以及第七、第八膠合透鏡的第三子透鏡的凹面相連；

所述的轉(zhuǎn)像部件通過棱鏡或反射鏡將從傳像部件射出的光軸轉(zhuǎn)折90°增加兩路平行光軸的分離度，光軸轉(zhuǎn)折90°后再次轉(zhuǎn)折90°使兩路光軸沿與從傳像部件射出的光軸平行的方向射出，再次轉(zhuǎn)折90°后的兩路光軸的距離為5.2mm-5.5mm；

所述的攝像機(jī)模組包括沿內(nèi)窺鏡中心軸線對稱放置右路攝像機(jī)和左路攝像機(jī)，用于將從轉(zhuǎn)像部件射出的腹腔內(nèi)圖像信息捕獲后分別在右路攝像機(jī)和左路攝像機(jī)上進(jìn)行成像。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是: