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CN104523214A - 一种窄带成像内窥镜装置 - Google Patents

一种窄带成像内窥镜装置 Download PDF

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CN104523214A
CN104523214A CN201410820009.7A CN201410820009A CN104523214A CN 104523214 A CN104523214 A CN 104523214A CN 201410820009 A CN201410820009 A CN 201410820009A CN 104523214 A CN104523214 A CN 104523214A
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刘满林
赵晖
王翰林
刘俊
张浠
安昕
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FOSHAN CITY NANHAI DISTRICT OPTOMEDIC SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种窄带成像内窥镜装置，包括光源结构，对被检组织照射具有规定的波长频带的至少一个以上的照明光；内窥镜结构，对被检组织在具有规定的波长频带的照明光照射下的图像进行拍摄；图像处理模块，对内窥镜结构拍摄得到的图像进行处理；还包括同步照射组件，将光源结构发出的照明光同时照射到被检组织表面；还包括光谱分光组件，将被检组织反射回来的光分光后同时输入图像处理模块中。本发明不但有效克服了被检组织运动造成的窄带图像失真问题，同时简化了内窥镜装置的结构，提高其可靠性，降低其耗能。

Description

一种窄带成像内窥镜装置
技术领域
本发明涉及一种内窥镜装置，尤其涉及的是一种多种光谱的照射光线同时照射被检组织与经被检组织反射后的光线分光并同时成像的窄带成像内窥镜装置。
背景技术
血液中的含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白对某些特定的窄带光谱具有强烈作用，窄带成像内窥镜就是利用这个特征实现了增强人体黏膜内血管图像的效果。传统的电子内镜使用氙灯或者卤钨灯等宽带白光光源作为照明光，目前常用的窄带成像内窥镜就在白光光源后加入了窄带滤光器，对宽带白光进行滤光，仅留下峰值波长为600nm、540nm和420nm的红、绿、蓝色窄带光谱，并将该窄带光谱透射到待观察目标表面。由于血液中的含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白对这几个窄带光谱具有强烈的吸收作用，所以在图像上观察到的血管呈现为亮背景下的暗图案，提高了血管图像的对比度。
进一步的，由于不同波长的窄带光谱在人体黏膜中的穿透深度不一样，例如蓝光波段(420nm)穿透较浅，能较好的显示黏膜表层的血管，而绿光波段(540nm)穿透深度较深，可以较好的显示中间层的血管。因此可以通过图像处理的方式，将拍摄到的图像按照不同光谱进行分解和处理，获得不同黏膜深度的图像。
窄带成像内窥镜在一些伴有微血管改变的病变的诊断及检出有非常好的效果。例如中下咽部早期癌、食管上皮内癌、早期胃癌、结肠早期癌等，这些疾病一般会导致病变处血管增多，毛细血管在粘膜表面形成的结构就会发生变化。窄带成像内窥镜可以凸显出这些毛细血管的形状，因此可以在这些疾病的早期发现提供有力的帮助。
专利号为CN103501683A的专利中公开了一种内窥镜装置，该装置利用一个高速旋转的滤光盘对氙灯光源进行滤光。滤光盘上沿圆周安装有3种不同光谱段的窄带滤光片，氙灯发出的白光同一时间内只能经过其中一个窄带滤光片。由于滤光盘不停的旋转，所以氙灯发出的光依次被3种窄带滤光片过滤，形成一个时序性的窄带光谱序列照射到被检测组织表面。然后通过内窥镜成像系统拍摄组织的反射光图像，再经过光谱频带的分解和处理，最终获得组织的窄带图像。目前的窄带成像内窥镜系统，大多数是基于上述这种实现方式的。从目前的应用情况看来，这种利用大功率氙灯与高速旋转的滤光盘组合的窄带成像内窥镜系统，具有以下几点不足：
1、能量利用率低，氙灯发出的是宽带白光，经过窄带滤光片后，只有在窄带滤光片带通内的部分被利用到，而为保证窄带图像具有足够的亮度，需要氙灯具有很高的功率。
2、图像处理算法复杂，目前的窄带内窥镜，不同波段的窄带光是按时序依次照射到被测组织表面的，因此需要复杂的算法将拍摄到的图像进行拼接和处理。
3、对目标的运动敏感，由于不同波段的窄带光是按时序依次照射到被测组织表面的，如果目标在拍摄过程中有位移，不同波段的窄带光照射到的位置就会发生变化，导致窄带图像失真。
4、结构复杂，可靠性差，目前的窄带内窥镜结构包括多个高速运动的机构，整体结构复杂，可靠性差。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种窄带成像内窥镜装置，旨在解决现有技术中的窄带内窥镜结构图像处理算法复杂、对目标运动敏感度高的技术问题。
本发明的技术方案如下：一种窄带成像内窥镜装置，包括
光源结构，对被检组织照射具有规定的波长频带的至少一个以上的照明光；
内窥镜结构，对被检组织在具有规定的波长频带的照明光照射下的图像进行拍摄；
图像处理模块，对内窥镜结构拍摄得到的图像进行处理；
显示模块，对经过处理的图像进行显示；
其中，
还包括同步照射组件，将光源结构发出的照明光同时照射到被检组织表面；
还包括光谱分光组件，将被检组织反射回来的光分光后同时输入图像处理模块中。
所述的窄带成像内窥镜装置，其中，所述同步照射组件包括至少一个分光元件，或者所述同步照射组件为合光棱镜。
所述的窄带成像内窥镜装置，其中，所述光谱分光组件包括至少一个分光元件，或者所述光谱分光组件为拜尔滤光片。
所述的窄带成像内窥镜装置，其中，所述分光元件包括二向色镜。
所述的窄带成像内窥镜装置，其中，所述光源结构包括至少一个LED光源。
所述的窄带成像内窥镜装置，其中，所述光源结构包括提供窄带光谱的窄带光源和提供宽带光谱的宽带光源，所述窄带光源包括提供窄带蓝光的蓝光LED、提供窄带绿光的绿光LED和提供窄带红光的红光LED；所述宽带光源包括提供宽带白光的白光LED。
所述的窄带成像内窥镜装置，其中，所述蓝光LED的中心波长为420nm，所述绿光LED的中心波长为540nm，所述红光LED的中心波长为600nm。
所述的窄带成像内窥镜装置，其中，所述光源结构还包括角度可调的活动反射镜，所述活动反射镜活动调节选择照射被检组织的光谱。
所述的窄带成像内窥镜装置，其中，所述图像处理模块包括至少一个CCD图像传感器。
所述的窄带成像内窥镜装置，其中，所述内窥镜结构连接有耦合光纤，所述耦合光纤将光源结构发出的照明光传输到内窥镜结构中。
本发明的有益效果：本发明通过设置同步照射组件和光谱分光组件，使光源结构发出的可见光可以同时照射到被检组织中，经过被检组织反射的光可以同时进入图像处理模块中处理，一方面有效克服了被检组织运动造成的窄带图像失真问题，另一方面也简化了内窥镜装置的结构，提高其可靠性，降低其耗能。
附图说明
图1是本发明窄带成像内窥镜装置的结构框图。
图2是光谱分光组件的结构简图。
图3是合光棱镜与窄带光源设置的结构简图。
附图中，100光源结构、110蓝光LED、120绿光LED、130红光LED、140白光LED、151第一二向色镜、152第二二向色镜、153合光棱镜、160活动反射镜、170聚光透镜、200内窥镜结构、300图像处理模块、400显示模块、500耦合光纤、600光谱分光组件、610第三二向色镜、620第四二向色镜、630棱镜组合、700CCD图像传感器模块、710第一CCD图像传感器、720第二CCD图像传感器、730第三CCD图像传感器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
本发明公开了一种窄带成像内窥镜装置，能将多种光谱的照射光线同时照射被检组织并且对经被检组织反射后的光线分光并同时成像。如图1所示，本发明的窄带成像内窥镜装置包括光源结构100，该光源结构100对被检组织照射具有规定的波长频带的照明光；内窥镜结构200，该内窥镜结构200对被检组织在具有规定的波长频带的照明光照射下的图像进行拍摄；图像处理模块300，该图像处理模块300对内窥镜结构200拍摄得到的图像进行处理；显示模块400，该显示模块400对经过处理的图像进行显示。内窥镜结构200插入(人或动物)体内，光源结构100发出的光通过内窥镜结构200进入(人或动物)体内，照射被检组织，被检组织的反射光经过内窥镜结构200被CCD图像传感器模块700接收成像，再将图像存储在图像处理模块300中，图像处理模块300对图形进行处理、合成，在显示模块400中显示。
如图1所示，光源结构100包括提供窄带光谱的窄带光源和提供宽带光谱的宽带光源，窄带光源包括提供窄带蓝光的蓝光LED110、提供窄带绿光的绿光LED120和提供窄带红光的红光LED130，宽带光源包括提供宽带白光的白光LED140，同时每一个光源对应设置一个聚光透镜170，对各光源发出的光进行聚光。LED光源本身具有发光效率高，发光光谱窄的特点，非常适合用于窄带成像，LED光源所发出的光线基本能完全被利用，提高光能量的利用率。在一个优选的实施方案中，蓝光LED110的中心波长为420nm，绿光LED120的中心波长为540nm，红光LED130的中心波长为600nm。当然，本发明并不对窄带光源的中心波长进行限定，窄带光源的中心波长需要根据被检组织对光的特殊反应进行选择。本发明中，窄带光源优选为其中心波长位于血液含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收峰值附近。
进一步的，为了将上述的多个窄带光源同时照射到被检组织表面，光源结构100还设置有同步照射组件，该同步照射组件包括第一二向色镜151和第二二向色镜152。两个二向色镜和各窄带光源的设置位置如图1所示，两块二向色镜平行设置，每一块二向色镜的两侧镜面分别受两种不同的光线同时照射，二向色镜输出(反射或透射)的光线同时包含这两种不同的光线。第一二向色镜的作用是对光线波长低于450nm的光进行透射，对光线波长高于450nm的光进行反射；第二二向色镜的作用是对光线波长高于580nm的光进行透射，对光线波长低于580nm的光进行反射。因此，窄带光源的光路参见图1，绿光LED120和红光LED130分别照射第二二向色镜152的两侧镜面，绿光LED120的光被反射，而红光LED130的光被透射，形成的第一混合光线(包含绿光LED120与红光LED130的光线)与蓝光LED110的光分别照射第一二向色镜151的两侧镜面，第一混合光线被反射，蓝光LED110的光被透射，形成第二混合光线(包含蓝光LED110、绿光LED120和红光LED130的光)通过耦合光纤500传输到内窥镜结构200中，对被检组织进行照射。通过这种设施方式，保证了各窄带光源的光是同时照着到相同的被检组织中，完全克服了被检组织移动造成各窄带光源照射点不一致而导致的失真难题。
当然，本发明并不限定二向色镜的数量，实际应用中可以通过多块二向色镜合理设置最终实现将多种窄带光源的光同时照射到被检组织中，不过图1中的具体实施方式所采用的二向色镜的数量少(二向色镜的数量比窄带光源的数量少1)，设置结构简单，更加易于实现。本发明并不对窄带光源的数量进行限定，实际应用中，可以采用两个窄带光源、三个窄带光源(即图1中的实施方式)或者四个窄带光源，对应的，二向色镜的数量也需要根据窄带光源的数量进行选择。
实际应用中，除了二向色镜，也可以采用其他分光光学元件或合光元件实现将多种窄带光源的光同时照射到被检组织中，例如，在另一个优选的实施方案中，如图3所示，可以通过一个合光棱镜153实现，三个窄带光源分别置于合光棱镜153的三个侧面，同时对合光棱镜153照射，经合光棱镜153合光后，输出包含三个窄带光谱的光。
实际应用中，如图1所示，可以设置一块活动反射镜160，实现对窄带光源或者宽带白光进行选择。该活动反射镜160可以45°转动，当其转动到图1中虚线的位置时，即可实现对窄带光源的光进行阻挡，对宽带白光进行反射。
为了实现将被检组织反射回来的光进行分光后同时输入图像处理模块中处理，本发明的窄带成像内窥镜装置还包括光谱分光组件600。如图2所示，光谱分光组件600包括第三二向色镜610、第四二向色镜620、棱镜组合630，第三二向色镜610的作用是对光线波长低于580nm的光进行透射，对光线波长高于580nm的光进行反射，第四二向色镜620的作用是对光线波长低于450nm的光进行透射，对光线波长高于450nm的光进行反射。本具体实施方式中，CCD图像传感器设置三个，分别为第一CCD图像传感器710、第二CCD图像传感器720和第三CCD图像传感器730(CCD图像传感器的数量与需要被接收的窄带光谱的数量对应)。光谱分光组件600的工作原理如下：包含窄带红光(中心波长为600nm)、窄带绿光(中心波长为540nm)、和窄带蓝光(中心波长为420nm)的经被检组织反射的混合光进入光谱分光组件600中，经过第三二向色镜610，窄带红光被反射，再经过棱镜组合630反射进入第一CCD图像传感器710成像，窄带绿光和窄带蓝光从第三二向色镜610中透射出，经过第四二向色镜620，窄带绿光被第四二向色镜620反射，再经过棱镜组合630反射进入第二CCD图像传感器720成像，而窄带蓝光从第四二向色镜620中透射出，进入第三CCD图像传感器730成像(其具体光路如图2所示)。通过上述设置方式，实现了将经被检组织反射回来的光进行分光谱后，同时进入各对应的CCD图像传感器中成像存储，提高了本装置的准确度，同时极大的降低了图像处理模块算法的复杂度，有利于提高成像的效率，降低其失真度和错误率。
当然，实际应用中，也可以采用其他光学元件和图像传感器的组合替代光谱分光组件600中的二向色镜、棱镜组合和三个CCD图像传感器的组合结构，例如在另外一个优选的实施方式中，可以采用拜尔滤光片和一个CCD图像传感器的结合方式实现三种窄带光同时成像。
图1中的窄带成像内窥镜装置具体工作过程如下：医生根据病人的病情选择进行宽带白光或者窄带照明光；若医生选择窄带照明光，则控制电路向驱动电路发出控制信号，使活动反射镜160移动到位置A，且使蓝光LED110、绿光LED120、红光LED130同时发光，白光LED140暂停发光。各窄带光线经过同步照射组件后，形成混合光线耦合进入耦合光纤500，并通过耦合光纤500和内窥镜结构200，照射到被测组织上。内窥镜结构200收集在被测组织上反射的光线，传输到光谱分光组件600中。光谱分光组件600将被检组织上反射的窄带光线根据不同光谱段分光，并将对应的窄带反射光线进入相应的CCD图像传感器中。其中，被检组织表面反射的窄带蓝光经过光谱分光组件600后进入第三CCD图像传感器730，由于窄带蓝光进入被检组织深度较浅，所以第三CCD图像传感器730中所成图像为被检组织表面的血管图像；被检组织表面反射的窄带绿光经过光谱分光组件600后进入第二CCD图像传感器720，由于窄带绿光进入被检组织深度较深，所以第二CCD图像传感器720中所成图像为被检组织中间层的血管图像；被检组织表面反射的窄带红光经过光谱分光组件600后进入第一CCD图像传感器710，由于窄带红进入被检组织深度最深，所以第一CCD图像传感器710中所成图像为被检组织下层的血管图像。图像处理模块300将这三组图像合成，获得被测组织在窄带照明光下的不同深度的组织图像并由显示模块400显示。若医生选择宽带白光照明光，则控制电路向驱动电路发出控制信号，使活动反射镜160移动到位置B，且使蓝光LED110、绿光LED120、红光LED130暂停发光，白光LED140发光，使宽带白光照明光线耦合进入耦合光纤500，此时，窄带成像内窥镜装置可以拍摄出与传统白光内窥镜一样的组织图片。
本发明利用三个窄带LED光源结合同步照射组件同时照射被检组织，使用光谱分光器件，将在被检组织上反射的窄带光分别进入三个CCD图像传感器中同时成像，克服了传统窄带内窥镜不同窄带光按时序成像导致对目标运动敏感的缺点。本发明图像处理模块所采用的算法简单，效率高，合成图像精准度高，失真度小。本发明的装置结构简单，没有高速运动部件，可靠性高。本发明所采用的LED光源能耗低，能量利用效率高。
本应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种窄带成像内窥镜装置，包括
光源结构，对被检组织照射具有规定的波长频带的至少一个以上的照明光；
内窥镜结构，对被检组织在具有规定的波长频带的照明光照射下的图像进行拍摄；
图像处理模块，对内窥镜结构拍摄得到的图像进行处理；
其特征在于，
还包括同步照射组件，将光源结构发出的照明光同时照射到被检组织表面；
还包括光谱分光组件，将被检组织反射回来的光分光后同时输入图像处理模块中。
2.根据权利要求1所述的窄带成像内窥镜装置，其特征在于，所述同步照射组件包括至少一个分光元件，或者所述同步照射组件为合光棱镜。
3.根据权利要求1所述的窄带成像内窥镜装置，其特征在于，所述光谱分光组件包括至少一个分光元件，或者所述光谱分光组件为拜尔滤光片。
4.根据权利要求2或3所述的窄带成像内窥镜装置，其特征在于，所述分光元件包括二向色镜。
5.根据权利要求1所述的窄带成像内窥镜装置，其特征在于，所述光源结构包括至少一个LED光源。
6.根据权利要求5所述的窄带成像内窥镜装置，其特征在于，所述光源结构包括提供窄带光谱的窄带光源和提供宽带光谱的宽带光源，所述窄带光源包括提供窄带蓝光的蓝光LED、提供窄带绿光的绿光LED和提供窄带红光的红光LED；所述宽带光源包括提供宽带白光的白光LED。
7.根据权利要求6所述的窄带成像内窥镜装置，其特征在于，所述蓝光LED的中心波长为420nm，所述绿光LED的中心波长为540nm，所述红光LED的中心波长为600nm。
8.根据权利要求6所述的窄带成像内窥镜装置，其特征在于，所述光源结构还包括角度可调的活动反射镜，所述活动反射镜活动调节选择照射被检组织的光谱。
9.根据权利要求1所述的窄带成像内窥镜装置，其特征在于，所述图像处理模块包括至少一个CCD图像传感器。
10.根据权利要求1所述的窄带成像内窥镜装置，其特征在于，所述内窥镜结构连接有耦合光纤，所述耦合光纤将光源结构发出的照明光传输到内窥镜结构中。
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