[发明专利]一种三维内窥镜装置

说明书

技术领域

本发明是一种可实现三维数字诊断的内窥镜装置，属于深入物体内部实现三维测量的辅助装备。

背景技术

内窥镜是一种可深入物体内部实现诊断的光学装置，在医学领域是可以经人体的天然孔道，或者是经手术做的小切口进入人体内进行手术操作的医学辅助设备。以内窥镜技术为依托，医生可以最小的切口路径和最少的组织损伤完成对患者体内病灶的观察、诊断及治疗，并可有效减少手术并发症的发生，提高患者术后康复速度。因此，内窥镜微创手术正逐步成为疾病诊断和治疗的重要手段。

但由于经过内窥镜光学系统的投影作用，真实世界的三维场景被映射为电子成像器件上的二维图像，医生无法直接获得病变组织附近的三维位置信息。这就需要医生在实际操作时首先需要完成手术器械位置跟踪和三维场景恢复两个任务，才能进一步完成手术操作。因此，医生必须经过严格的长期训练才能安全可靠地进行手术操作，使得内窥镜微创手术的推广存在一定困难。

发明内容

本发明目的是提供一种可实现内窥镜三维测量的装置，其构成主要包括内窥镜、图像传感器（5）、计算单元（6）、光纤维束（7）、照明光源（8）、空间光调制器（10）及其耦合透镜（9）（11）等部分构成，其中内窥镜包括内窥镜镜组（1）（2）、分光镜（3）及其镜管支架（4）构成，其特征在于本装置采用的照明光纤为光导纤维束，在计算机控制空间光调制器（10）生成结构光图像经透镜组照明光纤维束（7）；光纤维束（7）出射端面与图像传感器（5）均位于观测物体的共轭位置；图像传感器（5）同步记录反射光照图像，完成解码操作，并根据立体视觉原理恢复物体三维形貌；所获得的三维数据可显示在图像显示器上供医生观察，也可辅助医生完成内窥镜下的物体的三维表面测量，及评估检查区域的三维尺寸大小，以完成辅助定位等操作。

与其他三维内窥镜系统相比，该系统既可提供常规检查，也可提供物体客观三维数据信息，有利于和其他医学数据进行三维配准，使医生获得图像所处的三维位置信息。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点更能明显易懂，下文特举一个实施例，并配合附图，详细说明如下：

图1为系统结构框图。概要说明本发明的装置及使用示例。其中（1）（2）是内窥镜镜组，（3）是分光镜，可将照明光引入，并将物体的像成到图像传感器上，（4）是内窥镜的镜管支架，（5）是图像传感器，其输出经模数转换输出到计算单元，（6）是计算单元，可以为计算机或者数字信号处理器等，（7）是光纤维束，（8）是照明光源，（9）是耦合透镜，将照明光源（8）的光照射到空间光调制器上，（10）是空间光调制器，（11）是耦合透镜，可将空间光调制器的发射或投射光耦合到光纤维束上。

图2为光纤维束（7）经分光镜（3）镜像后与图像传感器（5）的位置关系，用于表明系统的等效测量原理。

图3是空间光调制器（10）为投射式时的三维内窥镜结构框图。

图4是采用光纤维束（7）直接导光至内窥镜前端时的三维内窥镜结构框图。

具体实施方式

下面结合附图与实例，对本发明做更进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不作为对本发明的限定。

空间光调制器（10）反射照明光源（8）的经耦合透镜（9）的准直光束，并形成格雷码、二进制码、彩色编码图像，经耦合透镜（11）照射到光纤维束（7）的端面上，该光纤维束可将照射的编码图像传输到出射端面上，其出射端面与图像传感器（5）相对于内窥镜透镜组（1）（2）的像距一致，但在垂直光轴方向上有横向位移及空间旋转以形成视差，从光纤维束（7）出射端面形成的编码照射图像经分光镜（3）转折90度角，并经过内窥镜镜组（1）（2）照射观察部位，其反射光经内窥镜镜组（1）（2）及分光镜（3）后成像在图像传感器（5）上，计算单元（6）同步解码编码结构光，根据事先标定的光纤维束（7）与图像传感器（5）的位置姿态信息求解照射区域的三维表面结构信息，并显示在计算单元（6）的显示设备上。

当需要普通二维图像观察时，可控制空间光调制器（10）生成标准白光照明图案，则图像传感器（5）可获得标准内窥镜的图像，满足医生常规检查需要。