專利名稱：醫用3d影像手術顯微鏡系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及手術顯微鏡的成像技術。
背景技術：
手術顯微鏡的產生和手術水平的提高形成了一門嶄新的學科一顯微外科。顯微外 科應用手術顯微鏡進行精細的手術(如小血管的對接縫合)，被廣泛地應用于眼科、耳鼻喉科、外科、婦科、整形外科中。傳統的手術顯微鏡是雙目體視顯微鏡，直接觀察時有立體感，以保證手術精確順利。放大倍數I. 6 80倍可變，有足夠大的工作距離(9cnT40Cm)，物鏡視場較大(通常15mnT40mm)。現代手術顯微鏡上裝有電視圖像系統，又稱為顯微外科電視系統。手術顯微鏡結構形式很多，手術顯微鏡的組成由觀察系統、照明、支架及照相、電視攝像顯示系統組成。其中觀察系統有兩支獨立的光路以一定的夾角對物體成像，所以從兩個目鏡觀察到的是立體像。照相機或電視攝像系統通過光學接口與手術顯微鏡相連，在電視監視器上顯示手術情況，可供多人共覽、會診、教學科研及錄像機記錄存檔。顯微鏡應用于生物醫學領域已有幾百年的歷史，但直接將顯微鏡用于外科手術則是1925年以來的事。這是因為一般生物顯微鏡的工作距離短，視場小，無法直接用于手術；再加之過去的外科手術多為宏觀性，醫生憑肉眼即可勝任。隨著醫學的發展，對醫生提出了進行精細手術的要求，這種要求促進了顯微鏡技術的研究和手術顯微鏡的產生。手術顯微鏡(OperationMicroscope)的產生,使醫生能夠看清手術部位的精細結構，可以進行憑肉眼無法完成的各種顯微手術，大大拓展了手術治療范圍，提高了手術精度和病人愈合率?，F在，手術顯微鏡已成為一種常規醫療設備，主要供醫院臨床各科室進行手術與檢查使用。按手術部位劃分，手術顯微鏡可以分為眼科、耳鼻喉科、外科、婦科、整形外科、顯微外科等數種，也有一些手術顯微鏡屬通用型，配屬的附件較多，組合后可供各科使用；按外部形狀劃分，可分為移動式和固定式2種，其中，移動式有立柱式和夾持式，固定式有懸吊式、墻式及桌式等。I.手術顯微鏡的基本結構
一臺手術顯微鏡大致由四部分組成觀察系統、照明系統、支架系統、顯示和記錄系統。(I)觀察系統
為了成立體像，必須有2支獨立的光路以一定的夾角對物體成像，在一般手術顯微鏡中的觀察系統實質上是一可變倍雙目體視顯微鏡。觀察系統包括大物鏡、變倍系統、分光器、接目物鏡、轉向棱鏡及目鏡。一臺手術顯微鏡配有數種物鏡和目鏡，因此有不同的焦距，它們和變倍組件相配合可得到不同的放大倍率。在手術時，經常需要助手配合，因此觀察系統經常設計成雙人雙目的形式，供醫生和助手同時使用；(2)照明系統
手術顯微鏡的照明方式分為內照明和外照明2種。內照明的照明光束由顯微鏡本體內射出，由安置在手術顯微鏡橫臂內的冷光源、光纜及部分光學件所組成，適合小孔深部照明手術。外照明常用于某些特殊需要(如眼科裂隙照明)或進行輔助照明，它的照明系統常安裝在顯微鏡本體上，照明光束傾斜射向手術部位?，F代許多高級手術顯微鏡常同時具有內、外照明2套系統。近年來手術顯微鏡均采用冷光源。這種光源有足夠大的物面照度，且光中沒有紅外成分，因此熱量小，對手術面影響小，故稱為冷光源。為了減輕觀察系統的質量，冷光源常安置在手術顯微鏡的立柱或橫臂內，由導光纖維將光線引至物鏡處；
(3)支架系統
高質量的手術顯微鏡一般配有復雜的機械系統來固定和操縱，以保證能夠快速、自如靈活地將觀察和照明系統移到必要位置。支架系統包括底座、立柱、橫臂、水平XI -Y移動器及腳控板等。橫臂一般設計成2組，目的是使觀察顯微鏡在盡可能大的范圍內能夠迅速移至手術面上空；水平X-Y移動器則可將顯微鏡精確定位于所要求的位置。腳控板除控制顯 微鏡上下左右移動調焦外，還可進行顯微鏡調倍組件放大倍率的變換。在立柱內柱都設有平衡錘，目的是與橫臂、水平)(-Y移動器以及顯微鏡等保持平衡；
(4)顯示和記錄系統
隨著現代醫療儀器的發展，許多手術顯微鏡配上了照相機、電視攝像顯示器及錄像機。手術顯微鏡的電視顯示系統包括攝像頭、轉換器、光學接口和顯示器等，用光學接口將顯微鏡和CCD攝像頭相連，可使手術情況在電視監視器上直接顯示出來，供多人同時在監視器上觀察手術情況，適用于教學、科研及臨床會診。近年來各廠家生產的手術顯微鏡均配有這一系統以供選購。為了保存資料，常用照相機將所需的手術畫面拍攝下來，因此，許多手術顯微鏡中安裝了分光器，從顯微鏡的光路中用分光器引出有關成像光線，并通過專用接口與照相機相連以供記錄。當錄像機與電視攝像機相連時，可在磁帶上記錄整個手術過程。但現有技術在圖像上，只能呈現出平面效果的圖像(也就是2D圖像)。(I)這給手術過程中會診、醫生手術判斷，手術操作或助手醫生手術判斷，手術操作帶來很大風險；(2)這給手術醫生帶來的勞動強度和精神壓力也很大，因手術醫生或助手醫生必須使用雙目對準目鏡來完成手術，在手術過程，醫生眼睛不能離開目鏡，這種觀察系統醫生必須全神慣注一直注視著目鏡，造成醫生的眼睛容易疲勞，長時間手術，神經緊崩，精神壓力過大，這樣造成誤診的機率也更大。(3)這給醫療事故爭端，教學科研及錄像機記錄存檔也帶來不清晰或無法判斷等現象。現有技術上，觀察系統復雜且讓手術醫生操作上更加困難，勞動強度大，精神壓力大，而且讓設備更加重，使手術過程操作不太方便。

發明內容
本發明的目的在于提出一種醫用3D影像手術顯微鏡系統，其能解決手術風險大的問題。為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下
醫用3D影像手術顯微鏡系統，其包括以下部件手術顯微鏡，用于輸出三條光路，分別為第一光路、第二光路及第三光路，第一光路及第二光路均為手術區域內的光信號，第三光路為手術區域內及手術區域外的光信號；第一光學接口，用于將第一光路導入給第一圖像傳感器；
第一圖像傳感器，用于將第一光路轉換為第一電信號，并傳輸給視頻處理器；
第二光學接口，用于將第二光路導入給第二圖像傳感器；
第二圖像傳感器，用于將第二光路轉換為第二電信號，并傳輸給視頻處理器；
第三光學接口，用于將第三光路導入給第三圖像傳感器；
第三圖像傳感器，用于將第三光路轉換為第三電信號，并傳輸給視頻處理器； 視頻處理器，用于將第一電信號和第二電信號處理合成為3D圖像，將第三電信號處理為2D圖像，并將3D圖像及2D圖像傳輸給顯示設備；
顯示設備，用于顯示3D圖像及2D圖像。優選的，為了使成像更加真實，便于手術醫生、助理醫生更容易區分手術部位，進一步降低手術風險，所述視頻處理器還用于將3D圖像及2D圖像處理成彩色圖像。優選的，為了降低手術醫生、助理醫生在長時間手術下的精神壓力和疲勞度，以及便于多人會診，所述顯示設備包括監視器及頭戴式顯示器，監視器通過數據線接收來自視頻處理器的3D圖像及2D圖像，頭戴式顯示器通過無線發射裝置接收來自視頻處理器的3D圖像及2D圖像。頭戴式顯示器安裝在手術醫生、助理醫生的頭部，頭戴式顯示器可以是頭戴式無線Lcos顯示器；監視器的影像提供給會診人員觀看、研究。進一步的，為了教學研究，提高手術水平，所述監視器還連接一錄像機，所述錄像機用于保存3D圖像及2D圖像，形成影像資料。優選的，第一光學接口、第二光學接口、第三光學接口均為分光器。優選的，第一圖像傳感器、第二圖像傳感器、第三圖像傳感器均為C⑶傳感器或CMOS傳感器。所述CXD傳感器可為高分辨率CXD。本發明具有如下有益效果
(1)手術醫生、助理醫生均不需要使用傳統的目鏡觀察手術部位，只需通過顯示設備就可以直觀地觀察到手術部位的3D圖像，長時間的手術也不會造成較大的精神壓力，及疲勞感覺；
(2)2D圖像可以讓手術醫生、助理醫生觀察到手術部位以外的情況，可以讓手術醫生、助理醫生及時發現手術部位以外區域的異常，降低手術風險。


圖I為本發明較佳實施例的醫用3D影像手術顯微鏡系統的結構示意 圖2為本發明較佳實施例的手術顯微鏡的結構示意圖。附圖標記1、第一光學接口 ；2、第二光學接口 ；3、第三光學接口 ；4、第一圖像傳感器；5、第二圖像傳感器；6、第三圖像傳感器；7、視頻處理器；8、無線發射裝置；9、頭戴式顯示器；10、手術顯微鏡；11、錄像機；12、監視器；100、第一光路；200、第二光路；300、第三光路；400、光路；101、大視野光學物鏡組；102、變倍系統；103、變倍系統；104、接目物鏡；105、接目物鏡；106、接目物鏡；107、轉向棱鏡；108、轉向棱鏡；109、轉向棱鏡；110、變倍系統。
具體實施例方式下面，結合附圖以及具體實施方式
，對本發明做進一步描述
如圖I所示，醫用3D影像手術顯微鏡系統，其包括以下部件
手術顯微鏡10,用于輸出三條光路,分別為第一光路10 0、第二光路200及第三光路300，第一光路100及第二光路200均來自于手術區域內的光信號，第三光路300來自于手術區域內及手術區域外的光信號；
第一光學接口 1，用于將第一光路100導入給第一圖像傳感器4 ；
第一圖像傳感器4，用于將第一光路100轉換為第一電信號，并傳輸給視頻處理器7 ; 第二光學接口 2，用于將第二光路200導入給第二圖像傳感器5 ；
第二圖像傳感器5，用于將第二光路200轉換為第二電信號，并傳輸給視頻處理器7 ； 第三光學接口 3，用于將第三光路300導入給第三圖像傳感器6 ；
第三圖像傳感器6，用于將第三光路300轉換為第三電信號，并傳輸給視頻處理器7 ；視頻處理器7，用于將第一電信號和第二電信號處理合成為3D圖像，即第一電信號、第二電信號分別通過視頻處理器7的第一輸入腳、第二輸入腳輸入，視頻處理器7將第一輸入腳、第二輸入腳輸入的數據進行合成處理，形成3D圖像；將第三電信號處理為2D圖像，即第三電信號通過視頻處理器7的第三輸入腳輸入，視頻處理器7將第三輸入腳輸入的數據進行處理，形成2D圖像；并將3D圖像及2D圖像傳輸給顯示設備；視頻處理器7還可以利用“熒光造影”成像技術將3D圖像及2D圖像處理成彩色圖像；本實施例的視頻處理器7實際上是具有3D圖像合成、2D圖像處理能力的CPU，如賽靈思公司的Spartan-3 ；
顯示設備，用于顯示3D圖像及2D圖像。所述顯示設備包括監視器12及頭戴式顯示器9，監視器12通過數據線接收來自視頻處理器7的3D圖像及2D圖像，頭戴式顯示器9通過一無線發射裝置8接收來自視頻處理器7的3D圖像及2D圖像。所述無線發射裝置8可以是紅外信號發射裝置、WIFI信號發射裝置、藍牙信號發射裝置等。為了錄制及保存整個手術過程的影像資料，本實施例的監視器12還連接一錄像機11，所述錄像機11用于保存3D圖像及2D圖像并形成影像資料，以供教學研究。本實施例的第一光學接口 I、第二光學接口 2、第三光學接口 3均可采用分光器。分光器是一種光連接部件，用于導通光線，是一種光學接口。本實施例的第一圖像傳感器4、第二圖像傳感器5、第三圖像傳感器6均可采用高分辨率的CXD傳感器(也可以采用CMOS傳感器)。如圖2所示，為本實施例的手術顯微鏡10的具體結構示意圖，其結構可與現有技術的手術顯微鏡相同，但根據本實施例的需要，需要輸出三路光線。手術顯微鏡10，由大視野光學物鏡組101、變倍系統102、變倍系統110、變倍系統110、接目物鏡104、接目物鏡105、接目物鏡106、轉向棱鏡107、轉向棱鏡108以及轉向棱鏡109構成。大視野光學物鏡組101內的凸透鏡、光柵、調焦系統等光學元件相互調配，調節好景深，輸出形成較好焦距的三條光路400，這三條光路400均具有大視野光信號，即為手術區域內及手術區域外的光信號，三條光路400分別通過變倍系統102、變倍系統110、變倍系統Iio的調放大倍率操作，從而形成了具有不同放大倍率的第一光路100、第二光路200及第三光路300，且第一光路100及第二光路200為手術區域內的光信號，第三光路300為手術區域內及手術區域外的光信號，第一光路100依次通過接目物鏡104、轉向棱鏡107進入到第一光學接口 1，第二光路200依次通過接目物鏡105、轉向棱鏡108進入到第二光學接口 2，第三光路300依次通過接目物鏡106、轉向棱鏡109進入到第三光學接口 3。本實施例所述的大視野光學物鏡組101，實際為能夠獲取手術區域內及手術區域外的光信號的光學物鏡組，其通過調整現有的手術顯微鏡的物鏡組內一系列的光學元件即可實現，其調整原理為“景深大，圖像?。痪吧钚?，圖像大”。本實施例的實現過程如下
從手術顯微鏡10輸出的第一光路100通過第一光學接口 I進入到第一圖像傳感器4后轉換為第一電信號，同時，第二光路200通過第二光學接口 2進入到第二圖像傳感器5后轉換為第二電信號，第一電信號、第二電信號在視頻處理器7內經過3D圖像合成算法運算合成為3D圖像，所述3D圖像合成算法可與現有技術的3D合成算法相同(如拍攝3D電影時使用的3D影像合成技術，這里就不再贅述)，合成后的3D圖像在經過“熒光造影”進行上色 處理，形成完整的彩色3D圖像，所述“熒光造影”是一種成像方式，是視頻處理器7的一個軟件程序，其類似于做彩超，彩超應用的是多普勒造影，而“熒光造影”在本實施例中的作用是將視頻處理器7中的第一電信號、第二電信號轉換出來的黑白圖像，經過“熒光造影”加上彩色，使成型的3D效果更加逼真，實現方法是，首先可以建立一個數據庫(比如血管的顏色、神經的顏色、骨頭的顏色、肌肉的顏色等等)，通過“熒光造影”程序，實現在3D圖像上上色。同時，第三光路300通過第三光學接口 3進入到第三圖像傳感器6后轉換為第三電信號，第三電信號經過視頻處理器7處理為2D圖像，由于第三光路300不僅僅含有手術區域內的光信號，還具有手術區域外的光信號，也就是說，第三電信號經過視頻處理器7處理成的2D圖像的視野范圍比3D圖像大，即第三光路300為大視野光路，3D圖像看到的是手術部位的影像，而2D圖像則是能看到手術部位以及手術部位外圍的環境影像情況，從而可以使手術醫生、助理醫生以及會診人員能夠及時發現手術部位外的異常，降低手術風險。2D圖像也可以利用“熒光造影”進行上色處理，形成彩色的2D圖像。經過視頻處理器7處理得到的3D圖像及2D圖像可通過有線方式實時傳輸給監視器12，通過無線方式實時傳輸給頭戴式顯示器9。3D圖像和2D圖像可以在顯示設備上以分屏方式進行顯示，或以窗口切換的方式進行顯示，手術人員可對3D圖像、2D圖像的影像畫面進行自由切換。通過監視器12實時顯示手術過程的影像，可供多人共覽、會診、教學科研等；通過頭戴式顯示器9實時顯示手術區域內、外影像，手術醫生、助理醫生均不需要使用傳統的目鏡，只需在頭部上佩戴輕質、不受任何約束的頭戴式顯示器9，就可以輕松自如地進行手術,沒有任何精神壓力及長時間手術的疲勞感覺,也能為病人帶來高質量、少痛苦，大大的減小手術誤判、誤操作等手術情況，甚至可利用本實施例的觀察系統可以做更加精密、更加細微的手術。本實施例的頭戴式顯示器9可以是頭戴式無線Lcos顯示器，這種頭戴式無線Lcos顯示器是根據Aurora Systems融合半導體CMOS集成電路與液晶兩項技術的優勢,開發出的一種高分辨率、低價格反射式新型顯示設備，它是一種將LCD直接制于單晶硅片上的新型液晶顯示器件。單晶硅片上可將LCD的有源矩陣薄膜晶體管(AMTFT)、外部驅動電路及控制電路等全部制于上面，以此作為LCD的一塊基板，與另一塊作為公共電極的涂上透明導電層的玻璃基板共同封接成一個薄盒，注入液晶即可制成硅基液晶顯示器件(LCoS)。
對于本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應該屬于本發明權利要求的保護范圍之內。
權利要求
1.醫用3D影像手術顯微鏡系統，其特征在于，包括以下部件 手術顯微鏡，用于輸出三條光路，分別為第一光路、第二光路及第三光路，第一光路及第二光路均為手術區域內的光信號，第三光路為手術區域內及手術區域外的光信號；第一光學接口，用于將第一光路導入給第一圖像傳感器； 第一圖像傳感器，用于將第一光路轉換為第一電信號，并傳輸給視頻處理器； 第二光學接口，用于將第二光路導入給第二圖像傳感器； 第二圖像傳感器，用于將第二光路的光信號轉換為第二電信號，并傳輸給視頻處理器； 第三光學接口，用于將第三光路導入給第三圖像傳感器； 第三圖像傳感器，用于將第三光路轉換為第三電信號，并傳輸給視頻處理器； 視頻處理器，用于將第一電信號和第二電信號處理合成為3D圖像，將第三電信號處理為2D圖像，并將3D圖像及2D圖像傳輸給顯示設備； 顯示設備，用于顯示3D圖像及2D圖像。
2.如權利要求I所述的醫用3D影像手術顯微鏡系統，其特征在于，所述視頻處理器還用于將3D圖像及2D圖像處理成彩色圖像。
3.如權利要求I所述的醫用3D影像手術顯微鏡系統，其特征在于，所述觀察系統包括監視器及頭戴式顯示器，監視器通過數據線接收來自視頻處理器的3D圖像及2D圖像，頭戴式顯示器通過無線發射裝置接收來自視頻處理器的3D圖像及2D圖像。
4.如權利要求3所述的醫用3D影像手術顯微鏡系統，其特征在于，所述監視器還連接一錄像機，所述錄像機用于保存3D圖像及2D圖像，形成影像資料。
5.如權利要求1-4任一項所述的醫用3D影像手術顯微鏡系統，其特征在于，第一光學接口、第二光學接口、第三光學接口均為分光器。
6.如權利要求1-4任一項所述的醫用3D影像手術顯微鏡系統，其特征在于，第一圖像傳感器、第二圖像傳感器、第三圖像傳感器均為CCD傳感器或CMOS傳感器。
全文摘要
本發明涉及醫用3D影像手術顯微鏡系統，其包括手術顯微鏡，用于輸出三條光路，分別為第一光路、第二光路及第三光路，第一光路及第二光路均為手術區域內的光信號，第三光路為手術區域內及手術區域外的光信號，即第三光路為大視野圖像光路；第一光路通過第一光學接口、第一圖像傳感器形成第一電信號；第二光路通過第二光學接口、第二圖像傳感器形成第二電信號；第三光路通過第三光學接口、第三圖像傳感器形成第三電信號；視頻處理器，將第一電信號和第二電信號處理合成為3D圖像，將第三電信號處理為2D圖像，并將3D圖像及2D圖像傳輸給顯示設備進行顯示。本發明可減少手術醫生的精神壓力及疲勞感，從而降低手術風險。
文檔編號A61F9/007GK102809808SQ20121029061
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月15日 優先權日2012年8月15日
發明者溫細仁 申請人:深圳市麟靜科技有限公司