電子內(nèi)窺鏡的研究

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1、1緒論隨著電子學(xué)和數(shù)字視頻技術(shù)的發(fā)展，與80年代出現(xiàn)了電子內(nèi)窺鏡，這樣便不再以光纖傳像，而代之以光敏集成電路攝像系統(tǒng)，主要所能顯示的不但影像質(zhì)量好，光亮度強(qiáng)，而且圖像大，可以檢查出更細(xì)小的病變，而且電子內(nèi)窺鏡的外徑更細(xì)，圖像更加清晰和直觀，操作方便。有些內(nèi)窺鏡甚至還有微型集成電路傳感器，將所觀察到的信息反饋給計(jì)算機(jī)。它不但能獲得組織器官形態(tài)學(xué)的診斷信息，而且也能對(duì)組織器官各種生理機(jī)能進(jìn)行測(cè)定。電子內(nèi)窺鏡主要種類(lèi)及其優(yōu)缺點(diǎn)：(1)按照結(jié)構(gòu)分類(lèi)：一類(lèi)為CCD在探頭前部，視頻處理在探頭后部，它的優(yōu)點(diǎn)是探頭直徑可以很小，但缺點(diǎn)是長(zhǎng)度會(huì)受到限制。另一類(lèi)是CCD和視頻處理都在探頭前面，它

2、的優(yōu)點(diǎn)是線纜的長(zhǎng)度不受限制，可以按照客戶要求定制，但缺點(diǎn)是探頭頭部直徑過(guò)大，影響探頭進(jìn)入部件的有效工作范圍。(2)按照照明方式分類(lèi)：一類(lèi)采用LED發(fā)光管照明，傳輸電信號(hào)，它的優(yōu)點(diǎn)是線纜的長(zhǎng)度不受限制，但發(fā)光亮度不如冷光源。另一類(lèi)采用光纖照明，光源在控制箱內(nèi)，它的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)光亮度高，但缺點(diǎn)是長(zhǎng)度受限，易損易斷。(3)按照視角方式分類(lèi)：探頭可分為前視和環(huán)視兩種。前視：觀察窗位于探頭前方，視場(chǎng)角150°，調(diào)節(jié)CCD位移，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)調(diào)焦，可以觀察前方有無(wú)異物或缺陷;環(huán)視：觀察窗位于探頭筒壁側(cè)面，利用懸掛動(dòng)圈方式實(shí)現(xiàn)電磁調(diào)焦，通過(guò)微型馬達(dá)及滑環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無(wú)角度限制任意旋轉(zhuǎn)，可以觀察內(nèi)壁有無(wú)缺

3、陷。它們的優(yōu)點(diǎn)是長(zhǎng)度不受限制，但缺點(diǎn)是探頭直徑過(guò)大。現(xiàn)在，電子內(nèi)窺鏡的發(fā)展趨勢(shì)是CCD的超小型化及其性能的提高，高保真圖像技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)時(shí)高速圖像處理機(jī)的開(kāi)發(fā)，圖像文件管理系統(tǒng)的采用，立體計(jì)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及不可見(jiàn)光的利用。第12頁(yè)共12頁(yè)2系統(tǒng)工作原理2.1電子內(nèi)窺鏡的基本結(jié)構(gòu)及工作原理2.1.1電子內(nèi)窺鏡的基本結(jié)構(gòu)電子內(nèi)窺鏡的主要結(jié)構(gòu)由CCD耦合腔鏡、腔內(nèi)冷光照明系統(tǒng)、視頻處理系統(tǒng)、和顯示打印系統(tǒng)等部分組成。CCD耦合腔鏡將CCD耦合器件置于腔鏡先端，直接對(duì)腔內(nèi)組織或部位進(jìn)行直接攝像，經(jīng)電纜傳輸信號(hào)到圖像中心。電子內(nèi)窺鏡工作原理是冷光源對(duì)所檢查或手術(shù)部位照明后物鏡將被測(cè)物體成

4、像在CCD光敏面上，CCD將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由電纜傳輸至視頻處理器，經(jīng)處理還原后顯示在監(jiān)視器上。CCD光敏面由規(guī)律排列的二極管組成，每一個(gè)二極管稱為一個(gè)像素(pictureelemont)，像素的多寡決定像質(zhì)的優(yōu)劣。目前的制作工藝普遍可達(dá)到30~41萬(wàn)像素。電子內(nèi)窺鏡靶面和有效尺寸為Fi(外徑)=2mm左右，而且CCD輸出信號(hào)的一級(jí)放大電路也要包含在2mm的圓柱體積內(nèi)。電子內(nèi)窺鏡像質(zhì)的好壞主要取決于CCD性能，其次還有驅(qū)動(dòng)電路和后處理系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，包括分辨率、靈敏度、信躁、光譜響應(yīng)、暗電流、動(dòng)態(tài)范圍和圖像滯后等。為了減輕患者的痛苦，電子內(nèi)窺鏡的鏡身(插入部)要做到盡可能

5、的細(xì)(由先端部粗細(xì)決定)，先端硬性部要盡可能短。CCD的大小、形狀和構(gòu)造是決定內(nèi)窺鏡粗細(xì)和先端硬性部長(zhǎng)短的關(guān)鍵。在電子內(nèi)窺鏡先端部安裝CCD的方法有兩種，一種是CCD的受光面垂直于物鏡光軸方向，使CCD直接接受從物鏡射來(lái)的光，是一種最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，在這種情況下，必須使用超小型的CCD，這樣可使先端的硬性部最短。另一種就是CCD的受光面平行于物鏡光軸，物鏡射來(lái)的光通過(guò)一個(gè)900的轉(zhuǎn)向棱鏡照射到CCD受光面上。這種方法可以使內(nèi)窺鏡的先端部變細(xì)，但硬性部變長(zhǎng)，而CCD的面積可以擴(kuò)大，CCD的像素?cái)?shù)可大大提高。第12頁(yè)共12頁(yè)為了獲得更清晰、更精美的圖像質(zhì)量，目前的電子內(nèi)窺鏡逐漸趨向于

6、采用第二種方法安裝CCD，這無(wú)疑在技術(shù)上增加了CCD的加工和工藝難度，隨著電子內(nèi)窺鏡技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，高像素?cái)?shù)CCD的體積會(huì)越做越小，滿足于臨床需要的各種細(xì)徑電子內(nèi)窺鏡應(yīng)運(yùn)而生，幾乎可涉及到醫(yī)療的各個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)，一些具有大孔徑或雙孔道及抬鉗等特殊裝置的治療用電子內(nèi)窺鏡的出現(xiàn)，再加上一系列配套輔助器械的研制與開(kāi)發(fā)，為電子內(nèi)窺鏡在臨床上的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景。目前，臨床上的一些病癥已可以通過(guò)內(nèi)窺鏡下或小切口治療的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手術(shù)，大大減輕了患者的痛苦。2.1.2電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)工作原理（1）纖維內(nèi)鏡成像原理纖維內(nèi)鏡是由直角屋脊棱鏡、成像物鏡、玻璃纖維傳像束、目鏡所組成。當(dāng)外界

7、的成像光線進(jìn)入鏡頭時(shí)．直角屋脊棱鏡將光線作90。方向扭轉(zhuǎn)后直射至成像物鏡、根據(jù)成像物鏡(或成像透鏡)的光學(xué)原理，成像物鏡能將外界觀察到的物體成像在玻璃纖維傳像束的一個(gè)端面上。這個(gè)端面的物體像，經(jīng)過(guò)柔軟的纖維束傳到纖維束的另一端，在目鏡后適光位置．即可看到清晰的物體像。（2）光電轉(zhuǎn)換原理內(nèi)窺鏡采用電荷耦合器件(chargecoupleddevice)作為圖像傳感器。CCD圖像傳感器具有光電轉(zhuǎn)換功能，叉具有信號(hào)電荷存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和讀出功能。其工作過(guò)程可分為四步。第一步是光積分期，即曝光時(shí)間，這時(shí)CCD像元把入射