專利名稱：內窺鏡照度的智能調節裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是ー種醫療器械自動控制技術領域的裝置，具體是ー種內窺鏡照度的智能調節裝置。
背景技術：
近年來，醫用內窺鏡系統在臨床醫學中得到廣泛應用。醫用內窺鏡是ー種可以將攝像頭放入人體內的微型攝像系統，在自備光源照射下，通過光學系統將被觀察目標成像在圖像傳感器的靶面上，由光信號轉變為電信號，經放大、圖像處理后在顯示器上顯示清晰 的放大圖像。在內窺鏡系統的協助下，醫生能更好地發現人體內軟硬組織上發生的病變，并能讓患者直觀地、全面地了解自己身體中存在的各種問題。這些圖像還能通過相應的通信接ロ存儲在患者的數據庫中，與文字、圖形、X射線片圖像等信息共同組成新一代的電子病歷，能很方便地調閱和用于會診，學術報告等場合，是新醫療模式的ー個重要特點。盡管內窺鏡作為人體內器官診療的醫療器械在臨床上已經日益顯示出其重要的醫學意義和作用，但是，根據內窺鏡不同的制造エ藝，其技術性能卻存在著極大的差別。其中，借助冷光源通過導光束來提供合適的亮度以便達到診斷和治療的效果是醫生進行臨床觀察時竭カ追求的技術境界，然而，也是當前內窺鏡配套エ藝技術尚未真正解決的技術難題。這是因為人體內器官生理條件極為復雜、多變，如病人可能存在積水、積便、內壓波動、內臟蠕動等，造成被觀察病灶處于非常復雜的運動狀態，被觀察部位往往相對內窺鏡的采像點處于不穩定狀況，一旦冷光源亮度不足，遠處病灶可能會模糊不清，反之，亮度過強又容易引起泛光反射與衍射等現象，同樣會影響圖像的清晰度。要在內器官復雜的生理環境條件下取得良好的觀察效果，冷光源輸出光照度的智能化自動調節技術成為ー項至關內窺鏡臨床診斷準確性的關鍵技木。當前較為流行的方法是通過CXD內置的自動增益來實現成像清晰度的適度補償，然而，此類方法并不具備調光功能，加上CCD自動增益調節范圍小，増益調節模塊已經集成于CXD內置的DSP模塊上，無法進行修改或二次開發，這就極大程度地限制了臨床使用的環境與條件，還必須要求病人的高度配合。顯而易見，當前使用的內窺鏡所配備的冷光源輸出光照度不具備智能化調節功能嚴重制約了內窺鏡的臨床使用效果。本發明不但能夠極大限度地提高現有內窺鏡技術水平，而且能夠有效實現內窺鏡照度的智能化調節。經對現有技術文獻的檢索發現，專利“口腔顯微內窺鏡”(申請號200810052271.6,尚未授權)介紹“ー種口腔顯微內窺鏡，有電源，顯微成像単元和照明單元，以及對應設置在顯微成像単元的末端的圖像傳感器，分別與圖像傳感器的輸出端相連的控制單元和監視器，電源分別連接圖像傳感器和照明単元。顯微成像単元有接收待觀測目標的第一組成像物鏡和與圖像傳感器的輸入端銜接，將所接收到的圖像送到圖像傳感器的第二組成像物鏡，設置在第一組成像物鏡和第二組成像物鏡之間的轉向裝置。照明單元有與電源相連的光纖冷光源，與光纖冷光源相連的耦合透鏡，以及一端與耦合透鏡相連，另一端用于照明待觀測目標的照明光纖束。本發明可以隨意觀察牙齒的任意細節，也可以進行不同尺寸細節的連續觀察，具有發熱低，連續工作，調節色溫，改變光纖出光照度等特點。”但是，該專利所述的“改變光纖出光照度”是通過人工觀察顯微圖像效果，再由人工調節“色溫濾光片”來改變“光纖出光照度”。專利技術說明書中所述“控制単元”也僅僅是用于處理“采用反射鏡時，因為經過奇數次反射，存在鏡像問題”。因此，該項技術在“光纖出光照度”的調節存在較大的技術不足。又經對現有技術文獻的檢索發現，劉濤的“ 口腔微腔成像系統的設計與實現”(2008年，天津大學工學碩士學位論文)“針對牙科醫生臨床診斷的實際需要設計觀察口腔內微小細節的口腔微腔成像系統，進行口腔內窺鏡儀器的研制，主要包括口腔內窺鏡儀器的總體設計方案的制定、口腔微腔成像光學系統設計、儀器照明系統設計、產品的機械設計以及樣機產品的實驗測試等部分”，其中，對照明系統的設計給出了較為詳盡的方案，井口腔內窺鏡系統的照明提供了光源及光纖的選擇方法。但是，該論文始終未涉及內窺鏡系統的光纖照度調節技術問題
發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術中的不足，提供ー種內窺鏡照度的智能調節裝置，能夠通過信號處理器對接收到的圖像信息進行智能判斷來優化冷光源照度的輸出強度。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括醫用內窺鏡、圖像采集卡、信號處理器、控制器、開關電源模塊、冷光源。醫用內窺鏡的圖像輸出接ロ與圖像采集卡的輸入接ロ連接，圖像采集卡的輸出接ロ與信號處理器的輸入接ロ連接，信號處理器的輸出接ロ與控制器的輸入接ロ連接，控制器的輸出接ロ與開關電源模塊的控制信號輸入接ロ連接，開關電源模塊的電源輸入接ロ與直流電輸出接ロ連接，開關電源模塊的輸出接ロ與冷光源的輸入接ロ連接。冷光源發出的光照度射入醫用內窺鏡，醫用內窺鏡將光信號轉變成圖像信號，并通過其圖像輸出接ロ將圖像信號經圖像采集卡傳送給信號處理器；信號處理器接收圖像采集卡傳送的圖像信號并進行處理，通過建立經典彩色圖像及其色彩特征數據庫，對實時采集的圖像進行偏色校正、圖像亮度校正，并將冷光源照度輸出控制指令傳送給控制器；控制器根據接收到的信號處理器控制指令，改變開關控制信號輸出相位，使得開關電源模塊輸出的直流電壓產生相應的變化，進而改變了冷光源的工作電壓，因此冷光源輸出照度獲得優化調節。所述醫用內窺鏡，由頭端部、彎曲部、主軟管、操作部、微型(XD、圖像輸出接ロ、導光插頭構成機電一體化部件。頭端部，包括微型凸透物鏡、傳像光纖始端、傳光光纖末端；微型凸透物鏡設置于頭端部的前端，用于接收來自物體表面的反射光；彎曲部是頭端部與主軟管的中段機械連接部件，頭端部的后端與彎曲部的前端連接，彎曲部的后端與主軟管的前端連接，主軟管中的傳像光纖后端與微型CXD的輸入端ロ連接；微型CXD即微型電荷耦合圖像傳感器，制作時在其輸入接ロ已經將微型凸透目鏡與CXD芯片集成、固化在一起；微型CXD的輸出端ロ與圖像輸出接ロ連接；主軟管除了包裹傳像光纖和傳光光纖之外，還包含一根調節內窺鏡頭端部窺視角度的微細鋼絲，微細鋼絲的前端與頭端部的前端機械緊固，微細鋼絲的后端與操作部的調節旋鈕連接，隨著操作部調節旋鈕的轉動能夠改變微細鋼絲在主軟管中的長短尺寸，進而改變彎曲部的曲率，因此能夠達到頭端部窺視角度的變化；主軟管中的傳光光纖后端與導光插頭光輸出端ロ連接。從冷光源發出的光，由導光插頭光輸入端ロ將冷光源光束送入傳光光纖，經傳光光纖將冷光源光束傳輸到頭端部照明被觀察物體或視場。為使整個視場照度均勻，傳光光纖照明范圍應大于視場角，因此不僅要求傳光光纖的直徑盡量小，柔軟性好，而且要求有較高的數值孔徑，才能達到提高視場光照度的要求。被觀察物體的反射光經過頭端部得微型凸透物鏡匯聚后，成像于傳像光纖的端面上，經過傳像光纖傳出，再經過微型凸透目鏡放大后，投射到CXD的靶面上通過光電轉換，把光信號轉變成圖像像素序列電信號，通過圖像輸出接ロ將圖像信號經圖像采集卡傳輸到信號處理器。所述信號處理器，包括輸入接ロ、信號處理模塊、數據庫模塊、輸出接ロ。輸入接ロ輸入端ロ接收來自圖像采集卡輸出的數字圖像信號，輸入接ロ輸出端ロ與信號處理模塊的輸入端ロ連接；信號處理模塊的輸出端ロ與輸出接ロ的輸入端ロ連接；數據庫模塊作為信號處理器的內存模塊通過數據總線與信號處理模塊進行數據交互；輸出接ロ的輸出端ロ與控制器的輸入接ロ連接。
所述數據庫模塊，其結構由區構成，每個區存儲人體器官內部經典彩色圖像及其色彩特征數據，如食道區存儲食道內窺鏡經典彩色圖像及其色彩特征數據，胃區存儲胃壁內窺鏡經典彩色圖像及其色彩特征數據，結腸區存儲結腸壁內窺鏡經典彩色圖像及其色彩特征數據等。所述色彩特征，包括RGB彩色空間三基色R (紅)、G (緑)、B (藍)的像素值R0 (U，V)、G0 (u，v)、B0 (u，v)及其匹配比例系數、均值瓦(", 、(~l, (", V)、B0 (//, V)和三均值之間的最大與最小值。R0(u, V)、Gq(u，V)、Bq(u，v)又被稱為經典圖像像素值，其均值為
K ("，、’)=—L Σ ("·v)
1 m JiG0 (h, v)=——ΣΣ(;0( ，ν)(公式一)
/x,(W,v)=—及其綜合均值J。為= r^r^hIr^("’V) + がん("’V)+hI("，v)](公式ニ )其中，m、η分別為圖像坐標的行、列數；r、g、b分別為三基色R、G、B的匹配比例系數。三均值之間的最大與最小值為
1Oimx (w’v)=眶[尾(u,v),G0(u,y),B0 ( へV)]、 (公式三)
Ainnn ("，り=1!1111ド (". Γ),(ん("'V), /ん(".V)」其中，(U，V)為內窺鏡所采集到圖像的像素坐標，U、V分別表示圖像的列與行坐標值。Itlmax (U，V)、Itlmin(U，V)又被分別稱為經典圖像的最大、最小亮度輸出。所述信號處理模塊對接收到的圖像信號進行處理，首先分別獲取RGB實時彩色圖像的R、G、B三基色像素值及其均值，然后對實時采集的圖像進行偏色校正，再選取偏色校正后的三基色像素值中的最大與最小值，進行圖像亮度校正，接著求取圖像亮度校正后的圖像像素均值及其綜合均值，通過比較圖像亮度校正后的圖像像素綜合均值與數據庫中經典圖像像素綜合均值的大小，最終將調節冷光源照度的控制指令輸出給控制器。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果①使得內窺鏡臨床操作十分簡便，臨床醫生能夠全神貫注地尋找與觀察病灶，不必為調節照度而費神、費カ；②無論內窺鏡如何彎曲，其照度能夠實現智能調節并達到優化效果。因此，本發明既是能夠省時省事、提高醫療診斷效果與效率的一項新技木。


圖I是本發明的系統結構示意圖；
圖2是本發明中信號處理器的結構框圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖I所示，本實施例包括醫用內窺鏡I、圖像采集卡2、信號處理器3、控制器4、開關電源模塊5、冷光源6。醫用內窺鏡I的圖像輸出接ロ與圖像采集卡2的輸入接ロ連接，圖像采集卡2的輸出接ロ與信號處理器3的輸入接ロ連接，信號處理器3的輸出接ロ與控制器4的輸入接ロ連接，控制器4的輸出接ロ與開關電源模塊5的控制信號輸入接ロ連接，開關電源模塊5的電源輸入接ロ與12V直流電輸出接ロ連接，開關電源模塊5的輸出接ロ與冷光源6的輸入接ロ連接。從冷光源6發出的光，由導光插頭光輸入端ロ將冷光源6光束送入傳光光纖，經傳光光纖將冷光源6光束傳輸到頭端部照明被觀察物體或視場。所述醫用內窺鏡，采用規格型號為0° /Φ4Χ170 (mm)的內窺鏡，即頭端部的物鏡平面與彎曲部斷面平行，或者說交角為0°，外徑為4mm，軟管長度(即彎曲部與主軟管的總長)為170_。被觀察體的反射光經過頭端部得微型凸透物鏡匯聚后，成像于傳像光纖的端面上，經過傳像光纖傳出，再經過微型凸透目鏡放大后，投射到CXD的靶面上通過光電轉換，把光信號轉變成圖像像素序列電信號，通過圖像輸出接ロ將圖像信號經圖像采集卡2傳輸到信號處理器3。如圖2所示，所述信號處理器3，包括輸入接ロ 31、信號處理模塊32、數據庫模塊33、輸出接ロ 34。輸入接ロ 31輸入端ロ接收來自圖像采集卡2輸出的數字圖像信號，輸入接ロ 31輸出端ロ與信號處理模塊32的輸入端ロ連接；信號處理模塊32的輸出端ロ與輸出接ロ 34的輸入端ロ連接；數據庫模塊33作為信號處理器3的內存模塊通過數據總線與信號處理模塊32進行數據交互；輸出接ロ 34的輸出端ロ與控制器4的輸入接ロ連接。所述數據庫模塊33，其結構由區構成，每個區存儲人體器官內部經典彩色圖像及其色彩特征數據。所述經典圖像，即由內窺鏡圖像傳感器獲取的色彩與清晰度俱佳的人體器官內部彩色圖像，稱之為人體器官內部經典彩色圖像，簡稱經典圖像，如食道區存儲食道內窺鏡經典彩色圖像及其色彩特征數據，胃區存儲胃壁內窺鏡經典彩色圖像及其色彩特征數據，結腸區存儲結腸壁內窺鏡經典彩色圖像及其色彩特征數據等。所述色彩特征，包括=RGB彩色空間三基色R (紅)、G (綠)、B (藍)的像素值R0 (u，v)、G0(u，v)、B0(u，v)及其匹配比例系數、均值良い，1，)、(んぃ，)、パ。("」’)和三均值之間的最大與最小值。R0(u, V)、Gq(u，V)、Bq(u，v)又被稱為經典圖像像素值，其均值為
權利要求
1.一種內窺鏡照度的智能調節裝置，其特征在于，包括醫用內窺鏡、圖像采集卡、信號處理器、控制器、開關電源模塊和冷光源；醫用內窺鏡的圖像輸出接口與圖像采集卡的輸入接口連接，圖像采集卡的輸出接口與信號處理器的輸入接口連接，信號處理器的輸出接口與控制器的輸入接口連接，控制器的輸出接口與開關電源模塊的控制信號輸入接口連接，開關電源模塊的電源輸入接口與直流電輸出接口連接，開關電源模塊的輸出接口與冷光源的輸入接口連接；冷光源發出的光照度射入醫用內窺鏡，醫用內窺鏡將光信號轉變成圖像信號，并通過其圖像輸出接口將圖像信號經圖像采集卡傳送給信號處理器；信號處理器接收圖像采集卡傳送的圖像信號并進行處理，通過建立經典彩色圖像及其色彩特征數據庫，對實時采集的圖像進行偏色校正、圖像亮度校正，并將冷光源照度輸出控制指令傳送給控制器；控制器根據接收到的信號處理器控制指令，改變開關控制信號輸出相位，使得開關電源模塊輸出的直流電壓產生相應的變化，進而改變了冷光源的工作電壓，因此冷光源輸出照度獲得優化調節。
2.根據權利要求I所述的內窺鏡照度的智能調節裝置，其特征是，所述信號處理器包 括輸入接口、信號處理模塊、數據庫模塊和輸出接口 ；其中輸入接口輸入端口接收來自圖像采集卡輸出的數字圖像信號，輸入接口輸出端口與信號處理模塊的輸入端口連接；信號處理模塊的輸出端口與輸出接口的輸入端口連接；數據庫模塊作為信號處理器的內存模塊通過數據總線與信號處理模塊進行數據交互；輸出接口的輸出端口與控制器的輸入接口連接。
3.根據權利要求2所述的內窺鏡照度的智能調節裝置，其特征是，所述數據庫模塊，其結構由區構成，每個區存儲人體器官內部經典彩色圖像及其色彩特征數據；所述人體器官內部經典彩色圖像，即由內窺鏡圖像傳感器獲取的色彩與清晰度俱佳的人體器官內部彩色圖像； 所述色彩特征，包括=RGB彩色空間三基色R(紅)、G (綠)、B (藍)的像素值Rtl (u, v)、G0(u, V)、Bq(U，V)及其匹配比例系數、均值^o(M,V)、G(M,V)、瓦(M,V)和三均值之間的最大與最小值。
4.根據權利要求2所述的內窺鏡照度的智能調節裝置，其特征是，所述信號處理模塊對接收到的圖像信號進行處理，首先分別獲取RGB實時彩色圖像的R、G、B三基色像素值及其均值，然后對實時采集的圖像進行偏色校正，再選取偏色校正后的三基色像素值中的最大與最小值，進行圖像亮度校正，接著求取圖像亮度校正后的圖像像素均值及其綜合均值，通過比較圖像亮度校正后的圖像像素綜合均值與數據庫中經典圖像像素綜合均值的大小，將調節冷光源照度的控制指令輸出給控制器。
5.根據權利要求I所述的內窺鏡照度的智能調節裝置，其特征是，所述醫用內窺鏡由頭端部、彎曲部、主軟管、操作部、微型CCD、圖像輸出接口、導光插頭構成；其中頭端部包括微型凸透物鏡、傳像光纖始端、傳光光纖末端，微型凸透物鏡設置于頭端部的前端，用于接收來自物體表面的反射光；彎曲部是頭端部與主軟管的中段機械連接部件，頭端部的后端與彎曲部的前端連接，彎曲部的后端與主軟管的前端連接，主軟管中的傳像光纖后端與微型CCD的輸入端口連接；微型CCD即微型電荷耦合圖像傳感器，微型CCD的輸出端口與圖像輸出接口連接；主軟管中的傳光光纖后端與導光插頭光輸出端口連接。
6.根據權利要求5所述的內窺鏡照度的智能調節裝置，其特征是，所述導光插頭光輸入端口將冷光源光束送入傳光光纖，經傳光光纖將冷光源光束傳輸到頭端部照明被觀察物體或視場，被觀察物體的反射光經過頭端部得微型凸透物鏡匯聚后，成像于傳像光纖的端面上，經過傳像光纖傳出，再經過微型凸透目鏡放大后，投射到CXD的靶面上通過光電轉換，把光信號轉變成圖像像素序列電信號，通過圖像輸出接口將圖像信號經圖像采集卡傳輸到信號處理器。
7.根據權利要求5所述的內窺鏡照度的智能調節裝置，其特征是，所述主軟管除了包裹傳像光纖和傳光光纖之外，還包含一根調節內窺鏡頭端部窺視角度的微細鋼絲，微細鋼絲的前端與頭端部的前端機械緊固，微細鋼絲的后端與操作部的調節旋鈕連接。
8.根據權利要求I所述的內窺鏡照度的智能調節裝置，其特征是，所述開關電源模塊是由電力電子開關器件構成的輸出電壓可控的直-直開關電源電路。
全文摘要
本發明公開一種內窺鏡照度的智能調節裝置，包括醫用內窺鏡、圖像采集卡、信號處理器、控制器、開關電源模塊和冷光源；冷光源發出的光送入醫用內窺鏡，醫用內窺鏡將光信號轉變成圖像信號，并通過其圖像輸出接口將圖像信號經圖像采集卡傳送給信號處理器；信號處理器接收圖像采集卡傳送的圖像信號并進行處理，通過建立經典彩色圖像及其色彩特征數據庫，對實時采集的圖像進行偏色校正、圖像亮度校正，并將冷光源照度輸出控制指令傳送給控制器；控制器根據接收到的信號處理器控制指令，改變開關控制信號輸出相位，使得開關電源模塊輸出的直流電壓產生相應的變化，進而改變了冷光源的工作電壓，冷光源輸出照度獲得優化調節。
文檔編號A61B1/00GK102846301SQ20121005707
公開日2013年1月2日 申請日期2012年3月6日 優先權日2011年7月8日
發明者張秀彬, 張弓, 張藝博, 王勝永, 朱磊 申請人:上海交通大學